CN105051323A

CN105051323A - 具有放热反应的水力压裂

Info

Publication number: CN105051323A
Application number: CN201480015600.3A
Authority: CN
Inventors: D·M·维尔贝格; J·E·布朗
Original assignee: Prad Research and Development Ltd
Current assignee: Prad Research and Development Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: AR095513A1; MX366825B; WO2014149970A1; US10202833B2; CN105051323B; CA2901365A1; MX2015012373A; US20140262249A1

Abstract

提供一种使地下岩层增产的方法，其中将灼热剂放置井下且随后点燃灼热剂。可用井下工具点燃灼热剂，可测绘裂缝，且可在灼热剂反应之后经由原始或第二井筒将岩层的受灼热剂影响的区域再连接到地表。

Description

具有放热反应的水力压裂

技术领域

这个章节中的语句仅提供关于本发明的背景信息且可能不构成现有技术。

本申请总体涉及使来自地下岩层的产烃量增产。更确切地说，本申请涉及对于烃从具有低渗透性的岩层流到井筒的流动路径的改进。

背景技术

德国专利文献512,955公开了一种爆炸过程，在该爆炸过程中，防水套管内的灼热剂混合物以水环绕该套管地放置于钻孔中。在点燃铝热混合物之后，释放出巨大的热，从而导致周围的水蒸发和过热。所得的蒸气压力导致钻孔壁碎裂。该爆炸过程并不意欲使钻孔破裂而是使钻孔扩大。

发明内容

在一些实施方案中，公开了一种通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方法，所述方法包括：将岩层压裂，同时将包括灼热剂的固体引入到裂缝中，所述灼热剂包括第一金属以及第二金属氧化物；以及点燃灼热剂以产生受灼热剂影响的区域。

在一些实施方案中，处理、处理流体、系统、设备、方法及其类似内容采用前置流体或滑溜水。

在本文中的一些实施方案中，所述处理、处理流体、系统、设备、方法及其类似内容采用稳态处理浆液(STS)，在该稳态处理浆液，可包括支撑剂的固相在流体相中至少被临时地抑制重力沉降。在一些实施方案中，STS可具有至少临时受控制的流变，例如粘度、漏失性、或屈服强度、或其它物理性质(例如比重、固体体积分数(SVF)、或其类似性质)。在一些实施方案中，STS的固相可具有至少临时受控制的物性，例如粒子大小分布(包括模态)、充填体积分数(PVF)、密度、纵横比、球度、圆度(或棱角度)、强度、渗透性、可溶性、反应性等。

附图说明

这些以及其它特征和优点可以通过结合附图、参照以下详细描述来更好地理解。

图1展示了根据本申请的一些实施方案的处理流体的示意性浆液状态发展图表。

图2展示了根据本申请的一些实施方案的处理流体的流体稳定性区域。

图3展示了根据本申请的一些实施方案的低粘度、稳态处理浆液(STS)(下直线)的漏失特性与常规交联液(上直线)相比较。

图4展示了根据本申请的一些实施方案的井场设备配置的示意图，其中，STS在现场混合。

图5展示了根据本申请的一些实施方案的井场设备配置的示意性图，其中，STS等待泵送。

具体实施方式

以下描述的目的是使来自地下岩层的产烃量增产。本发明涉及对于烃从具有低渗透性的岩层流到井筒的流动路径的改进，该改进是通过利用强放热反应来产生碎岩区域且随后将该区域连接到井筒而实现的。

水力压裂是用于通过将高传导性的裂缝从井筒布置或延伸到储层中来改善井生产率的主要手段。常规的水力压裂处理可以以几个相异的阶段呈现。在有时被称作前置阶段(pad)的第一阶段期间，将流体以高速率和高压力经由井筒注入到地下岩层中。该流体注入速率超过岩层中的过滤速率(也被称为漏失率)，从而产生递增的水力压力。当该压力超过阈值时，岩层开裂并破裂。水力裂缝由此产生并且随着流体的持续注入而开始蔓延到岩层中。

在下一阶段期间，将支撑剂混合到流体，混合后的流体在此被称为压裂流体(fracturefluid、fracfluid或者fracturingfluid)，并随着水力裂缝的持续增长而被输送遍及所述水力裂缝。前置流体和压裂流体可以是相同的或不同的。支撑剂在设计的长度内被沉积在裂缝中，并且机械地防止裂缝在注入停止并且压力减小之后闭合。在上述处理之后并且一旦将井投产，储层流体便流入裂缝并且过滤穿过可渗透的支撑剂充填结构到达井筒。酸或酸前体可先于压裂流体注入，或压裂流体可包括酸或酸前体。

储层流体的产出速率和范围取决于多个参数，例如岩层的渗透性、支撑剂充填结构的渗透性、岩层中的水力压力、产出的流体的物性、裂缝的形状等。通常，单个裂缝被形成；多个裂缝也是可能的并且已开发了多种方法来促进多个裂缝的产生。但是，如果产生的是较大碎岩区域而不仅仅是裂缝并且所述较大碎岩区域返回连接到传导性的支撑裂缝或井筒自身，那么产烃的速率和范围可以被增大。

本发明的目的是提供一种通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方法。所述方法涉及：使岩层破裂，同时将包括灼热剂的固体引入到裂缝中；并且点燃灼热剂以形成受灼热剂影响的区域。

在一些实施方案中，通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方法涉及：使岩层破裂，同时将包括灼热剂的固体引入到裂缝中；点燃灼热剂以形成受灼热剂影响的区域；并且确保受灼热剂影响的区域以流体方式连接到地表。

在一些实施方案中，通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方法包括：将包括灼热剂的固体引入到裂缝中；点燃灼热剂以形成受灼热剂影响的区域；并且测绘受灼热剂影响的区域。

为了促进对本发明原理的理解，现参考本申请的一些说明性实施方案。本文中所使用的相同附图标记指代各图中的相同的部件。不带后缀字母的附图标记指代总体的部件；带后缀字母的参考数字指代所述部件中的特定者。

如本文中所使用，“实施方案”是指本文中所公开的申请的非限制性示例(不论是否要求)，其可单独地或以与一个或多个其它实施方案的任何组合或排列被采用，或可单独地或以与一个或多个其它实施方案的任何组合或排列存在。本文中所公开的每一实施方案应不仅被看作将与一个或多个其它实施方案一起使用的附加特征，而且应被看作将独立地或代替一个或多个其它实施方案来使用的替代方案。应理解，由此并不意欲限制所要求的主题的范围，本文中涵盖所说明实施方案中的任何更改和另外的修改以及如其中所说明的本申请的原理的任何另外的应用(如将通常为本发明所涉及的领域的技术人员想到)。

此外，应将本文中所提供的示意性说明和描述理解为仅仅是示例，并且除非本文中明确陈述是相反情况，否则可整体或部分地组合或分开以及添加或去除以及重新排序组件及操作。可通过执行计算机可读媒体上的计算机程序产品的计算机来实施所说明的某些操作，其中计算机程序产品包括使得计算机执行操作中的一个或多个的指令或将命令发布到其它装置以执行操作中的一个或多个的指令。

应理解，尽管以下详细描述的实质部分提供了关于油田的水力压裂操作的内容，但是其它的油田操作如固井、砾石充填等或甚至非油田井处理操作也可利用和受益于本处理浆液的公开内容。

如本文中所使用，术语“处理流体”或“井筒处理流体”包括“压裂流体”或“处理浆液”并且应当在广义上理解。如本领域的技术人员所理解的，这些可为或可包括液体、固体、气体及其组合。如本领域的技术人员所理解的，处理流体可采取溶液、乳液、浆液或任何其它形式。

如本文中所使用，“浆液”是指粒子分散于载质中的能够选择性流动的混合物。术语“可流动”或“可泵送”或“可混合”在本文中可互换地使用并且是指在剪切速率为170s^-1下具有小于1000Pa的屈服应力或低剪切(5.11s^-1)粘度和小于10Pa-s(10,000cP)的动态表观粘度的流体或浆液，在此，除非另一温度被明确指出或使用，否则屈服应力、低剪切粘度和动态表观粘度是在25℃的温度下测得的。

除非另有指示，否则如本文中所使用的“粘度”是指在25℃的温度和170s^-1的剪切速率下的流体的表观动态粘度。除非另有指示，否则如本文中所使用的“低剪切粘度”是指在25℃的温度和5.11s^-1的剪切速率下的流体的表观动态粘度。处理流体的屈服应力和粘度是在25℃下在具有R1B5F1轴的Fann35流变仪或同等流变仪/轴装置中评估的，其中剪切速率加速到255s^-1(300转/分)且减速到0，在2.55、5.11、85.0、170和255s^-1(3、6、100、200和300转/分)处的两个读数的平均值被记录为相应的剪切应力，表观动态粘度被确定为剪切应力与剪切速率的比率。是幂律指数。在幂律指数等于1的情况下，赫巴流体被称为宾汉塑料。如本文中所使用的屈服应力与屈服点同义并且是指在宾汉塑料或赫巴流体系统中激发流动所需的应力(采用本文中描述的方式被计算为y轴截距)。“屈服应力流体”是指赫巴流体系统，包括宾汉塑料或其它的流体系统，在赫巴流体系统中，需要以本文中描述的方式计算出的施加的非零应力来激发流体流动。

除非在上下文中被明确地或隐含地指示，否则在本文中关于浆液术语做出以下约定。

“处理流体”或“流体”(在上下文中)是指全部处理流体，包括任何支撑剂、次支撑剂(subproppant)粒子、液体、气体等。“整流”(wholefluid)、“全流”(totalfluid)和“基础流体”在本文中用来指流体相再加上分散于其中的任何次支撑剂粒子，但不包括支撑剂粒子。“载质”、“流体相”或“液相”是指所呈现的流体或液体，其可包括连续相和选择性地分散于连续相中的一种或多种不连续的流体相，该不连续的流体相仅包括任何溶质、增稠剂或胶态粒子，不包括其它固相粒子；对浆液中的“水”的参考仅指水且不包括任何粒子、溶质、增稠剂、胶态粒子等；对“水相”的参考是指主要包括水的载质相，其可为连续相或分散相。如本文中所使用，术语“液体”或“液相”既涵盖液体本身又涵盖超临界流体，并且包括溶解于其中的任何溶质。

对液相(相对于处理流体或基础流体而言)的粘度的测量或确定可基于以下内容：对无固体的液体进行的直接测量，或基于含固体的液体的特性或物性的测量结果所进行的计算或校正，或使用固体的存在不影响粘度的确定的技术对含固体的液体的测量。如本文中所使用，用于确定液相粘度的“无固体”意味着不存在大于1微米的非胶态粒子，由此使得粒子并不影响粘度确定，但是存在用于使液体增稠和/或用于与液体形成凝胶的任何次微米级粒子或胶态粒子，即存在可充当增稠剂的超细粒子。在一些实施方案中，“低粘度液相”意指在170s^-1和25℃下并且在没有任何大于1微米的固体的情况下所测得的小于约300mPa-s的粘度。

在一些实施方案中，处理流体可包括连续流体相(也被称作外相)和不连续相(也被称作内相)，该不连续相对于乳胶、发泡体或增能流体来说是流体(液体或气体)，或者对于浆液来说是固体。连续流体相可以是在给定条件下基本上连续的任何物质。连续流体相的示例包括但不局限于水、烃、气体、液化气等，该连续流体相可包括溶质，例如流体相可以是卤水，和/或该连续流体相可包括卤水或其它溶液。在一些实施方案中，流体相可选择性地包括增粘点剂和/或屈服点剂、和/或所具有的增粘点剂和/或屈服点剂的总量的一部分。流体相的一些非限制性示例包括水合凝胶(例如包括多糖的凝胶(例如瓜尔胶、黄原胶和迪特胶(diutan)、羟基乙基纤维素、聚乙烯醇、以及其它水合聚合物、胶体等)、经交联的水合凝胶、增粘酸(例如凝胶基)、乳化酸(例如油外相)、增能流体(例如基于N₂或CO₂的发泡体)、粘弹性表面活性剂(VES)增粘流体、和油基流体(包括凝胶化、发泡的、或以其它方式增粘的油)。

如果在处理流体中存在的情况下，不连续相可以是以悬浮或以其它方式分散于连续相中的任何粒子(包括流体滴)。在这方面中，不连续相还可总体上被称作“粒子”或“微粒”，“粒子”或“微粒”可互换地使用。如本文中所用，术语“粒子”应当在广义上解释。例如，在一些实施方案中，本申请的粒子是固体，例如支撑剂、砂、陶瓷、结晶、盐等；但是，在一些其它实施方案中，粒子可为液体、气体、发泡体、乳化滴等。此外，在一些实施方案中，本申请的粒子是基本上稳定的并且在连续的时间段、温度区间或压力区间中不会改变形状或形式；在一些其它实施方案中，本申请的粒子是可降解的、可溶的、可变形的、可熔的、可升华的或能够以其它方式改变形状、状态、或结构。

在某些实施方案中，粒子是大致圆形和球形。在某些实施方案中，粒子不是大致球形和/或圆形，例如，粒子可具有根据APIRP-60球度和圆度索引的不同程度的球度和圆度。例如，粒子可具有超过2、3、4、5或6的纵横比，该纵横比被定义为粒子的最长尺度与粒子的最短尺度之比。这些非球形粒子的示例包括但不局限于纤维、薄片、圆盘、棒、星等。所有的这些变化应被视为位于本申请的范围内。

各种实施方案中的浆液中的粒子可以是多模态。如本文中所使用，多模态是指多种粒子大小或粒子模式，每种粒子大小或粒子模式具有相异的大小或粒子大小分布，这样的多模态例如支撑剂和细粒。如本文中所使用，术语相异的粒子大小、相异的粒子大小分布、或多模式或多模态意味着多种粒子中的每一种具有独特的平均体积粒子大小分布(PSD)模式。也就是说，在统计学上，不同粒子的粒子大小分布呈现为连续概率分布函数中的相异的峰值(或“模式”)。例如，粒子大小呈正态分布(该正态分布具有类似的变化性)的两种粒子在其各自的平均数的差超过它们各自的标准差的和、和/或在其各自的平均数相差一统计学上显著的量的情况下，那么这两种粒子的混合物被视为双模态粒子混合物。在某些实施方案中，粒子含有两种粒子的双模态混合物；在一些其它实施方案中，粒子含有三种粒子的三模态混合物；在某些附加的实施方案中，粒子含有四种粒子的四模态混合物；在某些另外的实施方案中，粒子含有五种粒子的五模态混合物，等等。公开多模态粒子混合物的代表性参考文件包括US5,518,996、US7,784,541、US7,789,146、US8,008,234、US8,119,574、US8,210,249、US2010/0300688、US2012/0000641、US2012/0138296、US2012/0132421、US2012/0111563、WO2012/054456、US2012/0305245、US2012/0305254、US2012/0132421、PCT/RU2011/000971和US13/415,025，以上的每个文献在此以参考方式并入本说明书中。

“固体”和“固体体积”是指存在于浆液中的所有固体，包括支撑剂和次支撑剂粒子，该次支撑剂粒子包括诸如胶体和次微米级粒子的微粒增稠剂。为了确定“无固体”的流体的粘度，“无固体”和类似术语一般来讲不包括支撑剂和次支撑剂粒子，但是没有排除微粒增稠剂如胶体。除非在权利要求中指明不同支撑剂大小或在从属于其的权利要求中指明更小的支撑剂大小，否则“支撑剂”是指这样的微粒，该微粒具有位于浆液中的一个或多个粒子大小模式，这些粒子大小模式的加权平均的平均粒子大小大于或等于约100微米，例如140网格粒子对应于105微米的大小，该支撑剂被用于井作业和处理如水力压裂操作，以在处理后使裂缝保持打开。“砾石”是指被用于砾石充填的粒子，且该术语与如本文中所使用的支撑剂同义。“次支撑剂”(sub-proppant、subproppant)是指尺寸小于所述支撑剂模式的粒子、或粒子大小或模式(包括胶态粒子和次微米级粒子)；对“支撑剂”的参考不包括次支撑剂粒子，且反之亦然。在一些实施方案中，一个或多个次支撑剂模式中的每个的加权平均的平均粒子大小小于或等于最小的支撑剂模式(例如暂停/稳态模式)的加权平均的平均粒子大小的约二分之一。

如果存在支撑剂的话，支撑剂可以是天然存在的材料如砂粒。如果存在支撑剂的话，支撑剂也可以是人造的或是被特别改造的，例如经涂布的(包括经树脂涂布的)砂、各种硬粒的模数、高强度陶瓷材料如烧结铝矾土等。在一些实施方案中，如果存在支撑剂的话，本申请的支撑剂具有大于2.45g/mL、例如2.5-2.8g/mL的密度，该支撑剂例如砂、陶瓷、烧结铝矾土或经树脂涂布的支撑剂。在一些实施方案中，如果存在支撑剂的话，本申请的支撑剂具有小于或等于2.45g/mL、例如小于约1.60g/mL、小于约1.50g/mL、小于约1.40g/mL、小于约1.30g/mL、小于约1.20g/mL、小于1.10g/mL、或小于1.00g/mL的密度，该支撑剂来自各制造商的轻型/超轻型支撑剂、如中空支撑剂。

在一些实施方案中，处理流体包括大于1.3、大于1.4、大于1.5、大于1.6、大于1.7、大于1.8、大于1.9、大于2、大于2.1、大于2.2、大于2.3、大于2.4、大于2.5、大于2.6、大于2.7、大于2.8、大于2.9或大于3的表观比重。通过选择所分散的固体的比重和量和/或通过将一定重量的溶质如相容的有机盐或矿物盐添加到水相，可以选择处理流体的密度。在一些实施方案中，水相或其它液相可具有大于1、大于1.05、大于1.1、大于1.2、大于1.3、大于1.4、大于1.5、大于1.6、大于1.7、大于1.8、大于1.9、大于2、大于2.1、大于2.2、大于2.3、大于2.4、大于2.5、大于2.6、大于2.7、大于2.8、大于2.9、或大于3等的比重。在一些实施方案中，水相或其它液相可具有小于1的比重。在实施方案中，处理流体的重量可在井筒中于穿孔或其它裂缝位置处提供额外的静水压头加压，并且还可通过减小较大固体与全部剩余流体之间的密度差来促进稳态化。在其它实施方案中，低密度支撑剂可在处理中使用，所述低密度支撑剂例如是密度小于或等于2.5g/mL、例如小于约2g/mL、小于约1.8g/mL、小于约1.6g/mL、小于约1.4g/mL、小于约1.2g/mL、小于1.1g/mL、或小于1g/mL的轻质支撑剂(表观比重小于2.65)。在其它实施方案中，浆液中的支撑剂或其它粒子可具有大于2.6、大于2.7、大于2.8、大于2.9、大于3等的比重。

在本说明书中，灼热剂应被理解为金属粉末和金属氧化物的产生放热氧化还原反应的组合物。灼热剂可为多种类别的组合物。可使用的一些金属粉末是铝、镁、钛、锌、硅、硼及其混合物。由铝构成的灼热剂混合物由于其高沸点而引起关注。氧化剂可以是氧化硼(III)、氧化硅(IV)物、氧化铬(III)、氧化锰(IV)、氧化铁(III)、氧化铁(II、III)、氧化铜(II)、和氧化铅(II、III、IV)、及其混合物。灼热剂反应是通过第二金属氧化物来氧化低熔点活性的第一金属。灼热剂是含有这两种化合物的混合物。产物是第一金属氧化物、作为自由元素的第二金属、和大量热。灼热剂可以是氧化铁(如粉末状的三氧化二铁Fe₂O₃)和铝(优选为颗粒状)的混合物；在这种情况下的产物将是氧化铝、熔融铁(其在经冷却时形成熔渣)和热。铝是方便的，因为其便宜且具有低熔点和高沸点；也可使用镁。也可使用铝合金(例如具有镁的铝合金)。其它氧化物、例如氧化亚铜、氧化铜、氧化亚铁、磁铁矿Fe₃O₄、氧化钴、氧化锌、铅粉、氧化镍、二氧化铅、四氧化铅、二氧化锰、氧化亚锡和氧化铬、或这些氧化物的混合物可以被使用。Pyronol可以被使用。Pyronol是(1)镍、(2)以上金属氧化物中的一个或多个、以及(3)一种组分的混合物，所述组分选自(a)铝和(b)至少50重量百分比的铝与以下金属的混合物：镁、锆、铋、铍、硼、或这些金属的混合物。

灼热剂(其中铝为金属且铁为氧化物)的示例性化学反应可为：

Fe₂O₃+2Al→2Fe+Al₂O₃

灼热剂的更透彻描述可在DE96317中找到。

“稳态”或“稳态化”或类似术语是指稳态的处理浆液(STS)，在这种处理浆液中，粒子的重力沉降得到抑制由此没有或几乎没有游离液体形成，和/或在STS的不同深度上的层之间没有或几乎没有流变性变化，和/或浆液在预期的STS存储和使用条件的持续时间内一般被看作是稳态的，例如在稳态测试或其等同测试的STS中是合格的。在某些实施方案中，可根据不同沉降条件来评估稳态性，所述沉降条件例如是在单独重力下的静态、或在振动影响下的动态、或在至少一个静态沉降条件后和/或在至少一个静态沉降条件前采用至少一个动态沉降条件的动态-静态条件。

静态沉降测试条件可包括经历一特定的时段如24小时、48小时、72小时、或其类似时间段的重力沉降，其一般采用相应的简写记法“24h-静态”、“48h-静态”或“72h静态”来指代。动态沉降测试条件一般以振动频率和持续时间表示，例如4h15Hz(在15Hz下4小时)、8h5Hz(在5Hz下8小时)、或其类似表示。除非另有指示，否则动态沉降测试条件是呈1mm垂直位移的振动振幅。动态-静态沉降测试条件将以分析前的沉降历史表示，其包括振动的总持续时间和静态条件的最终时间段，例如4h15Hz/20h-静态是指4小时振动、接着是20小时静态，或8h15Hz/10d-静态是指8小时总振动，例如4小时振动、接着是20小时静态、接着是4小时振动、接着是10天静态条件。在不存在相反指示的情况下，标识“8h15Hz/10d-静态”是指以下测试条件：4小时振动、接着是20小时静态、接着是4小时振动、接着是10天的静态条件。在没有特定的沉降条件的情况下，沉降条件是72小时静态。除非另有指定，否则稳态沉降和测试条件是在25℃下。

在某些实施方案中，一种稳态测试在本文中被称作“8h15Hz/10d-静态STS稳态测试”，在该测试中，在测试开始时在流变仪中评估浆液样本并将浆液样本的不同层相比较，该浆液样本被放置和密封在直径为152mm(6英寸)的竖直重力沉降塔中且在该塔中被填充到2.13m(7英尺)的深度，并且在第一沉降日和第二沉降日在15Hz下以1mm的振幅(竖直位移)将该浆液样本振动两个4小时的时间段，并且然后使在静态条件下保持10天(总的沉降时间是12天)。这个测试中的15Hz/1mm的振幅条件被选择成与井处理之前的地表运输和/或存储条件对应。在沉降时段结束时，测量塔顶部处的任何游离水的深度，并按照从顶部采样口向下到底部的次序通过位于沉降塔上的多个25.4mm的采样口从190mm(6'3")、140mm(4'7")、84mm(2'9")和33mm(1'1")处获得样本，并且流变评估获得的样本的如上所述的粘度和屈服应力。

如本文中所使用，稳态的处理浆液(STS)可满足以下条件中的至少一个：

(1)浆液的低剪切粘度等于或大于1Pa-s(5.11s^-1，25℃)；

(2)浆液的赫巴(包括宾汉塑料)屈服应力(如以本文中描述的方式确定)等于或大于1Pa；或

(3)浆液中的最大粒子模式具有小于0.01mm/hr的静态沉降速率；或

(4)在72小时静态沉降测试条件或8h15Hz/10d静态动态沉降测试条件(4小时振动、接着是20小时静态、接着是4小时振动、最后接着是10天的静态条件)结束时任何游离流体的深度不超过总深度的2％；或

(5)在72小时静态沉降测试条件或8h15Hz/10d静态动态沉降测试条件之后，塔层内的表观动态粘度(25℃，170s^-1)不超过初始动态粘度的+/-20％；或

(6)在72小时静态沉降测试条件或8h15Hz/10d静态动态沉降测试条件之后，任何游离水层下面的塔层内的浆液固体体积分数(SVF)没有比初始SVF大5％；或

(7)在72小时静态沉降测试条件或8h15Hz/10d静态动态沉降测试条件之后，任何游离水层下面的塔层内的密度不超过初始密度的1％。

在实施方案中，在8h15Hz/10d静态动态沉降测试条件结束时任何游离流体的深度不超过总深度的2％，在8h15Hz/10d静态动态沉降测试条件之后，塔层的表观动态粘度(25℃，170s^-1)不超过初始动态粘度的+/-20％，在8h15Hz/10d静态动态沉降测试条件之后，任何游离水层下面的塔层内的浆液固体体积分数(SVF)没有比初始SVF大5％，且在8h15Hz/10d静态动态沉降测试条件之后任何游离水层下面的塔层内的密度不超过初始密度的1％。

在一些实施方案中，处理浆液包括以下稳态指标中的至少一种：(1)SVF至少为0.4并可以高达SVF＝PVF；(2)低剪切粘度至少为1Pa-s(5.11s^-1，25℃)；(3)屈服应力(如本文中确定)至少为1PA；(4)表观粘度至少为50mPa-s(170s^-1，25℃)；(5)多模态固相；(6)PVF大于0.7的固相；(7)选自粘弹性表面活性剂和水合胶凝剂的增粘剂，其中，该弹性表面活性剂的量为0.01至7.2g/L(60ppt)，该水合胶凝剂的量为从0.01至4.8g/L(40ppt)，上述弹性表面活性剂和水合胶凝剂的量是基于流体相的体积的；(8)胶态粒子；(9)粒子-流体密度差小于1.6g/mL(例如，粒子的比重小于2.65g/mL、载质的密度大于1.05g/mL、或其组合)；(10)粒子的至少为6的纵横比；(11)带纤毛或经涂布的支撑剂；以及(12)上述内容的组合。

在一些实施方案中，稳态浆液包括所述稳态指标中的至少两种，例如，SVF至少为0.4和低剪切粘度至少为1Pa-s(5.11s^-1，25℃)；并且选择性地包括以下中的一种或多种：屈服应力至少为1Pa、表观粘度至少为50mPa-s(170s^-1，25℃)、多模态固相、PVF大于0.7的固相、增粘剂、胶态粒子、粒子-流体密度差小于1.6g/mL、粒子具有至少为6的纵横比、带纤毛或经涂布的支撑剂、或上述内容的组合。

在一些实施方案中，稳态浆液包括所述稳态指标中的至少三种，例如SVF至少为0.4、低剪切粘度至少为1Pa-s(5.11s^-1，25℃)和屈服应力至少为1Pa；并且选择性地包括以下中的一种或多种：表观粘度至少为50mPa-s(170s^-1，25℃)、多模态固相、PVF大于0.7的固相、增粘剂、胶态粒子、粒子-流体密度差小于1.6g/mL、粒子具有至少为6的纵横比、带纤毛或经涂布的支撑剂、或上述内容的组合。

在一些实施方案中，稳态浆液包括所述稳态指标中的至少四种，例如SVF至少为0.4、低剪切粘度至少为1Pa-s(5.11s^-1，25℃)、屈服应力至少为1Pa和表观粘度至少为50mPa-s(170s^-1，25℃)；并且选择性地包括以下中的一种或多种：多模态固相、PVF大于0.7的固相、增粘剂、胶态粒子、粒子-流体密度差小于1.6g/mL、粒子具有至少为6的纵横比、带纤毛或经涂布的支撑剂、或上述内容的组合。

在一些实施方案中，稳态浆液包括所述稳态指标中的至少五种，例如SVF至少为0.4、低剪切粘度至少为1Pa-s(5.11s^-1，25℃)、屈服应力至少为1Pa、表观粘度至少为50mPa-s(170s^-1，25℃)和多模态固相；并且选择性地包括以下中的一种或多种：PVF大于0.7的固相、增粘剂、胶态粒子、粒子-流体密度差小于1.6g/mL、粒子具有至少为6的纵横比、带纤毛或经涂布的支撑剂、或上述内容的组合。

在一些实施方案中，稳态浆液包括所述稳态指标中的至少六种，例如SVF至少为0.4、低剪切粘度至少为1Pa-s(5.11s^-1，25℃)、屈服应力至少为1Pa、表观粘度至少为50mPa-s(170s^-1，25℃)、多模态固相；并且选择性地包括以下中的一种或多种：PVF大于0.7的固相、增粘剂、胶态粒子、粒子-流体密度差小于1.6g/mL、粒子具有至少为6的纵横比、带纤毛或经涂布的支撑剂、或上述内容的组合。

在实施方案中，通过以下浆液的稳态化操作中的至少一种来形成(稳态)处理浆液：(1)将足够的粒子引入到浆液或处理流体中以将处理流体的SVF增大到至少0.4；(2)将浆液或处理流体的低剪切粘度增大到至少1Pa-s(5.11s^-1，25℃)；(3)将浆液或处理流体的屈服应力增大到至少1Pa；(4)将浆液或处理流体的表观粘度增大到至少50mPa-s(170s^-1，25℃)；(5)将多模态固相引入到浆液或处理流体中；(6)将PVF大于0.7的固相引入到浆液或处理流体中；(7)将选自粘弹性表面活性剂和水合胶凝剂的增粘剂引入到浆液或处理流体中，其中，引入的弹性表面活性剂的量例如位于0.01至7.2g/L(60ppt)范围内，引入的水合胶凝剂的量例如位于从0.01至4.8g/L(40ppt)的范围内，上述弹性表面活性剂和水合胶凝剂的量是基于流体相的体积的；(8)将胶态粒子引入到浆液或处理流体中；(9)将粒子-流体密度差减小到小于1.6g/mL(例如，引入比重小于2.65g/mL的粒子、密度大于1.05g/mL的载质、或其组合)；(10)将纵横比至少为6的粒子引入到浆液或处理流体中；(11)将带纤毛或经涂布的支撑剂引入到浆液或处理流体中；以及(12)上述方式的组合。所述浆液的稳态化操作可为独立的或并行的，例如引入单一增粘剂也可增大低剪切粘度、屈服应力、表观粘度等，或者，对于增粘剂替代地或附加地，可添加分离剂以增大低剪切粘度、屈服应力和/或表观粘度。

本文的各种实施方案中用于使粒子沉降实现稳态的技术可使用这些方法中的任一种、任何两种或三种的组合、或所有的这些方法，即操纵粒子/流体密度、载质流体粘度、固体分数、屈服应力，和/或可使用别的方法。在实施方案中，通过浆液的稳态化操作中的至少两种、例如增大处理流体的SVF和增大处理流体的低剪切粘度来形成稳态浆液，并且还选择性地采取下述操作中的一种或多种：增大屈服应力、增大表观粘度、引入多模态固相、引入PVF大于0.7的固相、引入增粘剂、引入胶态粒子、减小粒子-流体密度差、引入纵横比至少为6的粒子、引入带纤毛或经涂布的支撑剂、或上述的组合。

在实施方案中，通过所述浆液的稳态化操作中的至少三种、例如增大SVF、增大低剪切粘度和引入多模态固相来形成稳态浆液，并且还选择性地采取下述操作中的一种或多种：增大屈服应力、增大表观粘度、引入PVF大于0.7的固相、引入增粘剂、引入胶态粒子、减小粒子-流体密度差、引入纵横比至少为6的粒子、引入带纤毛或经涂布的支撑剂、或上述内容的组合。

在实施方案中，通过所述浆液的稳态化操作中的至少四种、例如增大SVF、增大低剪切粘度、增大屈服应力和增大表观粘度来形成稳态浆液，并且还选择性地采取下述操作中的一种或多种：引入多模态固相、引入PVF大于0.7的固相、引入增粘剂、引入胶态粒子、减小粒子-流体密度差、将纵横比至少为6的粒子引入到处理流体中、引入带纤毛或经涂布的支撑剂、或上述内容的组合。

在实施方案中，通过所述浆液的稳态化操作中的至少五种、例如增大SVF、增大低剪切粘度、增大屈服应力、增大表观粘度和引入多模态固相来形成稳态浆液，并且还选择性地采取下述操作中的一种或多种：引入PVF大于0.7的固相、引入增粘剂、引入胶态粒子、减小粒子-流体密度差、将纵横比至少为6的粒子引入到处理流体中、引入带纤毛或经涂布的支撑剂、或上述内容的组合。

在实施方案中，通过采用多孔粒子可实现对粒子与载质流体之间的密度差的减小，该多孔粒子包括具有内部孔隙度的粒子，也即中空粒子。但是，该孔隙度也可能对粒子的机械特性、例如弹性模数具有直接影响，所述弹性模数也可随孔隙度的增大而显著减小。在采用粒子孔隙度的某些实施方案中，应注意的是，粒子的抗压强度应当大于粒子的最大预期应力，例如在支撑剂被布置于裂缝中的实施方案中，使用支撑剂的地下岩层的表土应力不应当超过支撑剂的抗压强度。

在实施方案中，使用屈服应力流体以及具有较高的低剪切粘度的流体来延缓载质流体的运动并因此延缓粒子的沉降。由静止的粒子施加于其下方的流体上的重力应力通常必须超过流体的屈服应力以激发流体流动且因此可能发生沉降。对于1g/mL的屈服应力流体相中的密度为2.7g/mL并且直径为600μm的单粒子的沉降而言，临界流体屈服应力(即用于防止出现沉降的最小屈服应力)在这个示例中是1Pa。对于更大的粒子来说，所述临界流体屈服应力可能更高，该更大的粒子包括由于粒子群集、集合、或其它方式而尺寸增大的粒子。

增大牛顿流体中的载质流体的粘度也会按比例地增加载质流体的运动阻力。在一些实施方案中，流体载质在170s^-1和25℃下确定的表观动态粘度的下限是至少约0.1mPa-s、或至少约1mPa-s、或至少约10mPa-s、或至少约25mPa-s、或至少约50mPa-s、或至少约75mPa-s、或至少约100mPa-s、或至少约150mPa-s。增大粘度的不足之处是：随着粘度增加，用于泵送浆液的摩擦压力通常也会增加。在一些实施方案中，载质在170s^-1和25℃下确定的表观动态粘度的上限小于约300mPa-s、或小于约150mPa-s、或小于约100mPa-s、或小于约75mPa-s、或小于约50mPa-s、或小于约25mPa-s、或小于约10mPa-s。在实施方案中，流体相粘度的范围是从任何下限到任何更高的上限。

在一些实施方案中，添加剂既可增粘又可以赋予屈服应力特性，并且在另外的实施方案中，添加剂还可充当减磨剂以减少在泵送处理流体过程中的摩擦压力损失。在实施方案中，液相基本上不含增粘剂或其包括的增粘剂的量在流体相的0.01到2.4g/L(0.08-20lb/1000gals)的范围内。增粘剂可以是粘弹性表面活性剂(VES)或诸如多糖的水合胶凝剂，该水合胶凝剂可以是经过交联的。当使用增粘剂和/或屈服应力流体时，需要在必要时考虑实施清理程序、即在处理过程中或在处理过程之后去除或灭活增粘剂和/或屈服应力流体，这是因为具有增粘剂和/或屈服应力的流体在一些情形中或在未恰当地使用的情况下可呈现清理困难。在某些实施方案中，可使用破坏剂来实现清理。在一些实施方案中，浆液被稳态化以实现存储和/或泵送或地表条件下的其它用途，并且清理在后续的时间并在更高温度下在井下实现，例如，对于一些岩层，地表与井下之间的温差可相当大并且可用于触发增粘剂、粒子、屈服应力剂或特性、和/或破坏剂的降解。因此，在一些实施方案中，可以利用对温度敏感或对时间敏感的破坏剂实现作用延迟的破坏、或实现破坏剂与浆液的混合的延迟。

在某些实施方案中，可通过将可以充当胶凝剂和/或增稠剂的胶态粒子如胶态二氧化硅引入到处理流体中来使得流体达到稳态。

除增大载质流体的粘度(具有或不具有密度操纵)之外或作为增大载质流体的粘度(具有或不具有密度操纵)的替代方案，增大处理流体中的粒子的体积分数也可阻碍载质流体的移动。在粒子不可变形的情况下，粒子干扰沉降的粒子周围的流体流动以使得沉降受阻。但是，粒子体积分数的较大的增加由于增大了流体粘度和泵送压力、并且在载质流体滤失的情况下增加了浆液的流动性损失的风险，因此是双刃剑。在一些实施方案中，处理流体在170s^-1和25℃下确定的表观动态粘度的下限至少约1mPa-s、或至少约10mPa-s、或至少约25mPa-s、或至少约50mPa-s、或至少约75mPa-s、或至少约100mPa-s、或至少约150mPa-s、或至少约300mPa-s，并且在170s^-1和25℃下确定的表观动态粘度的上限小于约500mPa-s、或小于约300mPa-s、或小于约150mPa-s、或小于约100mPa-s、或小于约75mPa-s、或小于约50mPa-s、或小于约25mPa-s、或小于约10mPa-s的。在实施方案中，处理流体粘度的范围从任何下限到任何更高的上限。

在实施方案中，可通过将足量的粒子引入到处理流体中以将处理流体的SVF增大到例如至少0.5来使得流体达到稳态。在粉末或微粒状介质中，充填体积分数(PVF)被定义为由粒子占据的空间的体积(绝对体积)除以总体积(即粒子加上其间的空隙空间的总体积)：

PVF＝粒子体积/(粒子体积+非粒子体积)＝1-Φ

本文中为了计算PVF和浆液固体体积分数(SVF)，粒子体积包括任何胶态和/或次微米级粒子的体积。

这里，孔隙度Φ是粉末填充结构的空隙分数。除非另有指定，否则微粒状介质的PVF是在不存在负载或使所充填的固体变形的其它压缩力的情况下确定的。粒子的充填(在不存在负载的情况下)是一种纯粹的几何现象。因此，PVF仅取决于粒子的大小和形状。单分散球体的最有序的布置(大小完全相同的球体以紧凑的六角方式充填)的PVF是0.74。但是，粒子的这种高度有序的布置很少在工业操作中出现。相反地，粒子的一定程度的随机的充填在油田处理中是普遍的。除非另有指定，否则本申请中的粒子充填指的是粒子的随机充填。相同球体的随机充填的PVF是0.64。换句话说，随机充填的粒子占据总体积的64％，且空隙空间占据总体积的36％。通过制备这样的粒子混合物可实现更高的PVF，在该粒子混合物中的粒子大小是一种以上、和/或位于一个范围内。较小的粒子可容纳在较大粒子之间的空隙空间中。

在实施方案中，可因此通过使用多模态粒子混合物来增大PVF，该多模态粒子混合物例如是以特定体积比混合的粗粒子、中等粒子和细粒子，其中细粒子可容纳在中等大小的粒子之间的空隙空间中，且中等大小的粒子可容纳在粗粒子之间的空隙空间中。对于两种连续大小等级或模式的一些实施方案来说，每一模式的平均粒径(d₅₀)之间的比率可在7与10之间。在这些情况下，在一些实施方案中，PVF可增大到高达0.95。通过将粗粒子(例如支撑剂)与所选的其它粒子共混而增大PVF，仅需要最小量的流体相(例如水)就可以使得处理流体是可泵送的。这些浓缩的悬浮液(即浆液)倾向于表现为多孔固体且可在重力下收缩。这就是如上文所论述的受阻沉降现象，并且如所提到，固体性行为的程度一般随着浆液固体体积分数(SVF)的增加而增加，其中，SVF如下定义：

SVF＝粒子体积/(粒子体积+液体体积)

由此得出，多模态实施方案中的支撑剂或其它较大粒子模式的沉降可在必要时独立于连续相的粘度而被减少。因此，在一些实施方案中，需要极少或不需要增粘剂和/或屈服应力剂(例如胶凝剂)来抑制沉降和实现粒子的输送，例如小于2.4g/L、小于1.2g/L、小于0.6g/L、小于0.3g/L、小于0.15g/L、小于0.08g/L、小于0.04g/L、小于0.2g/L或小于0.1g/L的增粘剂可存在于STS中。

考虑存在于处理流体的各种实施方案中的浆液中的粒子的量对于理解本申请来说是有帮助的。制得均质浆液混合物所必需的流体相的最小量就是利用连续相恰好填充PVF中的所有空隙空间、即当SVF＝PVF时所需的流体相的量。但是，这个混合物可能难以流动，这是因为所有的固体和液体可被锁定在其位置处而没有用来滑移和迁移的空间。在可流动系统的实施方案中，SVF可能低于PVF，例如SVF/PVF≤0.99。在这个条件中，在稳态处理浆液中，基本上所有的空隙填充有过量液体以增大粒子之间的间隔，从而使得粒子可超过彼此地滚动或流动。在一些实施方案中，PVF越高，则SVF/PVF之比应该越低，以便获得可流动浆液。

图1展示系统600的浆液状态演变图表，在所述系统600中，添加的流体相与粒子混合。第一流体602没有使得所添加的液体足以填充粒子的孔隙空间，或换句话说，SVF/PVF大于1.0。第一流体602不可流动。第二流体604的液体刚好足够填充粒子的孔隙空间，或换句话说，SVF/PVF等于1.0。测试确定第二流体604是否可流动和/或可泵送的，但SVF/PVF为1.0的流体往往是不可流动或几乎不可流动的，这是由于过大的表观粘度和/或屈服应力。第三流体606具有与填充粒子的孔隙空间所需的流体相比稍微更多的流体相，或换句话说，SVF/PVF刚好小于1.0。当SVF/PVF值位于小于1.0的一范围内时，流体一般是可流动和/或可泵送的或可混合的，并且如果其没有含有太多流体相(和/或含有添加的增粘剂)，那么第三流体606是稳态的。可泵送、可流动、可混合、和/或稳态的SVF/PVF值的范围的值取决于但不只取决于：特定粒子混合物、流体相粘度、粒子的PVF和粒子的密度。在压裂处理之前通常针对流体执行的用于分类的简单实验室测试可容易地确定稳态性(例如本文中所述的STS稳态测试)和流动性(例如在170s^-1和25℃下表观动态粘度小于约10,000mPa-s)。

图1中展示的第四流体608具有与第三流体606相比更多的流体相并且多到这样的程度，即第四流体608是可流动但并没有达到稳态和进行沉降，从而在顶部(或底部，这取决于第四流体608中的粒子的密度)处形成游离流体相的层。游离流体相的量和在流体被视为非稳态之前形成游离流体相所经过的沉降时间是取决于处理的具体情形的参数，如上文所指出的。例如，如果形成游离液体的沉降时间大于所计划的处理时间，则在一个示例中流体将被视为是稳态的。可影响具体流体是否保持稳定的其它因素以及别的其它因素包括用于沉降的时间量和在所关注的流道中或在搅拌容器中流动的流体的流型(例如层流、紊流、雷诺数范围等)，例如时间量和在井筒、裂缝等中流动的流体的流型，和/或所述其它因素还包括发生在井筒、裂缝等中的流体损失的量。对于一种压裂处理来说是稳态的流体对于第二种压裂处理来说可能是非稳态的。对于流体在特定条件下是稳态的确定可以是基于初始估计和后续建模结果的迭代确定。在一些实施方案中，稳态处理流体在本文中描述的STS测试中是合格的。

图2展示了没有添加任何增粘剂和没有任何屈服应力的多种大致牛顿流体的数据组700，所述牛顿流体被测试用于以SVF/PVF与PVF的函数关系来呈现浆液状态的演变。实验中的流体相是水，并且固体的比重是2.6g/mL。用三角形表示的数据点702是在浆液中具有游离水的值，用空心圆表示的数据点704是可混合而无过多游离水的混合型(slurriable)流体，并且用菱形表示的数据点706是不易混合的液体-固体混合物。数据组700包括制备的具有数个离散的PVF值的流体，其中，添加液体直到混合物从不可混合转变成混合型流体，且随后进一步发展成具有过量沉降的流体。在PVF值接近PVF＝0.83的固体混合物的示例处，可以观察到，在SVF/PVF值等于0.95附近，流体从不可混合的混合物转变成混合型流体。在SVF/PVF等于0.7附近，流体从稳态浆液转变成具有过多沉降的非稳态流体。从数据组700可以看出，组合物可大致被限定成不可混合区域710、混合型区域712和沉降区域714中。

图2展示了实施方案中的浆液(无胶凝剂)的SVF和PVF的有用范围。在一些实施方案中，SVF小于PVF，或SVF/PVF之比是在从约0.6或约0.65到约0.95或约0.98的范围内。在液相具有小于10mPa-s的粘度的情况下或在处理流体是基本上不含增稠剂的水的情况下，在一些实施方案中，PVF大于0.72且SVF/PVF之比大于约1-2.1*(PVF-0.72)可以实现稳态(非沉降)。在PVF大于0.81的情况下，在一些实施方案中，SVF/PVF之比小于1-2.1*(PVF-0.81)也可以实现可混合性(流动性)。在一些实施方案中，增稠剂、或悬浮剂、或具有这个功能的固体如碳酸钙或胶体的添加(也即为了增大粘度和/或赋予屈服应力)允许沉降区域714(在该区域，SVF/PVF小于或等于约1-2.1*(PVF-0.72))中的流体也能够被用作STS或能够用于非沉降、混合型/可混合浆液是有益的应用中，例如，粘度大于10mPa-s、大于25mPa-s、大于50mPa-s、大于75mPa-s、大于100mPa-s、大于150mPa-s或大于300mPa-s；和/或屈服应力大于0.1Pa、大于0.5Pa、大于1Pa、大于10Pa或大于20Pa的处理流体的能够被用作STS或能够用于非沉降、混合型/可混合浆液是有益的应用中。

将高纵横比粒子、例如纵横比至少为6的粒子引入到处理流体中是一种用于使得处理流体达到稳态的附加的或替代的实施方案。这样的非球形粒子的示例包括但不局限于纤维、薄片、圆盘、棒、星等，例如US7275596、US20080196896中所描述的，这些申请在此以参考方式并入本说明书中。在某些实施方案中，将带纤毛或经涂布的支撑剂引入到处理流体中可使得或有助于处理流体达到稳态。

涂布有亲水性聚合物的支撑剂或其它粒子可使得粒子在水介质中表现得像更大的粒子和/或更粘的粒子。分子尺度上的亲水涂层可类似于纤毛体，即，使得支撑剂粒子的表面附接或形成有毛发状突起。本文中，亲水性涂布的支撑剂粒子被称作“带纤毛或经涂布的支撑剂”。亲水性涂布的支撑剂及其制造方法例如在WO2011-050046、US5,905,468、US8,227,026和US8,234072中予以描述，这些文件在此以参考方式并入本说明书中。

在一附加的或替代的实施方案中，STS系统可具有以下优点：位于较大粒子的空隙中的较小粒子充当类似于迷你球轴承的滑移添加剂，从而允许粒子超过彼此地滚动而没有要求粒子之间具有相对较大的空间。这个物性可在一些实施方案中得到论证，即STS能够流过相对于STS的最大粒子模式的最大直径而相对较小的槽孔，例如槽孔是最大粒径的六分之一，而没有桥接在所述槽处，即从所述槽流出来的浆液的SVF是被供应到所述槽的STS的SVF的至少90％。相比之下，滑溜水技术需要穿孔直径与支撑剂直径之比至少是6，并且为了增加安全性以避免脱砂而进行的额外放大通常需要至少为8或10的比率并且不允许较高的支撑剂加载量。

在实施方案中，STS穿过狭窄的流道如穿孔和裂缝的流动性类似地得到促进，从而允许在穿孔直径和/或裂缝高度与支撑剂大小之比较小的情况下却仍能通过穿孔输送支撑剂和/或将支撑剂输送到裂缝的末端，即改善了支撑剂在裂缝中(例如在相对较窄的裂缝宽度中)的流动性，并且改善了从井筒向外延伸到岩层中的填充有支撑剂的裂缝的渗透性。这些实施方案在脱砂之前相对于采用滑溜水或高粘度流体的处理提供了相对更长的填充有支撑剂的裂缝。

如本文中所使用，“最小槽流动测试比率”是指一种测试，在该测试中，大约100mL的浆液试样被装载到流体损失腔室中，该腔室开设有底部槽，以利用由ISCO泵或等效装置以20mL/min的速率供应的水或另一种液压流体、借助活塞来推动流体从而使得测试浆液从该底部槽流出，其中，位于腔室底部的槽可以以槽宽度与最大粒子模式直径之比小于6地被调节到不同的开口度，并且最小槽流动测试比率指的是所观察到的这样的最低比率，即桥接出现且压力增加至最大表压之前能够有50％(体积)的或更多的浆液试样流动穿过所述槽的最低比率。在一些实施方案中，STS的最小槽流动测试比率小于6、或小于5、或小于4、或小于3、或范围为2到6、或范围为3到5。

由于STS的一些实施方案的含水量相对较低(SVF较高)，所以在流动性是重要的并且SVF应当至少保持低于PVF或在一些其它实施方案中大大低于PVF的情况下，STS的流体损失是一个值得关注的点。在常规水力压裂处理中，必须使用较大体积的流体和较大的泵送能量的两个主要原因在于支撑剂的输送和流体损失。为了将支撑剂运送到裂缝的较远的位置，处理流体必须是足够紊流(滑溜水)或粘稠(凝胶流体)。即便如此，也通常只有低浓度的支撑剂被包含于处理流体中以避免沉降和/或脱砂。此外，当将流体泵送到岩层中以引发或发展裂缝时，流体压力需要高于岩层压力，且处理流体中的液体持续漏失到岩层中。在滑溜水操作中更是尤为如此。裂缝形成是流体损失与新空间形成之间的平衡。如本文中所使用，“裂缝形成”涵盖裂缝的引发和其发展或增长中的任一者或两者。如果液体注入速率低于滤失率，那么裂缝将无法增长并充填失败(packedoff)。因此，利用传统的水力压裂操作在岩层中形成裂缝效率很低。

在本文中的STS的SVF较高的一些实施方案中，即使是载质流体的较小的损失也可能导致处理流体的流动性的损失，并且因此在一些实施方案中，至少在流体和/或支撑剂达到其最终目的地之前，执行了防止处理流体出现过度流体损失的措施。在实施方案中，STS具有保持流体且由此维持流动性的良好驱使，即所述STS具有向与其自身接触的多孔的或可渗透的表面的低漏失速率。根据本申请的一些实施方案，处理流体被调配成具有非常良好的漏失控制特性，即用于维持流动性的流体滞留。可通过在本申请的处理流体中包括漏失控制系统来实现良好的漏失控制，所述漏失控制系统可包括高粘度、低粘度、流体损失控制剂、在多模态流体(MMF)中或在稳态的多模态流体(SMMF)中多模态粒子系统的选择性构建、或类似手段、或其任何组合。

如以下示例中所论述并且如图3中所展示，本申请的处理流体的实施方案的漏失率比常规交联流体的漏失率小一个数量级。应注意，处理流体的漏失特性取决于被处理的岩层的渗透性。因此，形成有相对于一个岩层漏失特性良好的低渗透性滤饼的处理流体对于另一岩层而言可能是或可能不是漏失率良好的处理流体。相反地，本申请的处理流体的某些实施方案形成漏失率特性相当优越的低渗透性滤饼，由此使得若基底渗透性高于某一最小值(例如至少为1mD)，则该漏失率特性独立于基底的渗透性。

在本文的某些实施方案中，STS包括大于浆液固体体积分数(SVF)的充填体积分数(PVF)，且具有瞬时损失值(Vspurt)，所述瞬时损失值小于稳态处理流体的流体相的10％(体积)或小于过量流体相的50％(体积)(Vspurt<0.50*(PVF-SVF)，其中“过量流体相”指的是相对于SVF＝PVF条件下存在的流体量所多出的流体量，即过量流体相＝PVF-SVF)。

在一些实施方案中，处理流体包括也具有极低漏失速率的STS。例如，总漏失系数可以是约3×10^-4m/min^1/2(10^-3ft/min^1/2)或更小，或约3×10^-5m/min^1/2(10^-4ft/min^1/2)或更小。如本文中所使用，Vspurt和总漏失系数Cw是通过《储层的增产(inReservoirStimulation)》一书(第3版本，斯伦贝谢、约翰·威利父子有限公司，第8-23到8-24页，2000年)的章节8-8.1“在静态条件下的流体损失(Fluidlossunderstaticconditions)”中所提出的下述静态流体损失测试和过程而确定的，其中，在压滤腔室中使用被2％KCl溶液浸透并覆盖以滤纸的陶瓷盘(FANN过滤盘，零件编号210538)，测试条件如下：环境温度(25℃)、压差为3.45MPa(500psi)、加载100ml样本、以及60分钟的损失收集时间段，或者，同等测试程序也可被执行。在本申请的一些实施方案中，当对孔隙度为1000mD的岩芯样本测试时，处理流体具有在30min内小于10g的流体损失值。在本申请的一些实施方案中，当对孔隙度为1000mD的岩心样本测试时，处理流体具有在30min内小于8g的流体损失值。在本申请的一些实施方案中，当对孔隙度为1000mD的岩心样本测试时，处理流体具有在30min内小于6g的流体损失值。在本申请的一些实施方案中，当对孔隙度为1000mD的岩心样本测试时，处理流体具有在30min内小于2g的流体损失值。

低到无流体损失这一物性允许以低速率泵送处理流体或在泵送停止(静态)时滤失风险较低。在实施方案中，可通过加入漏失控制剂来实现低流体损失特性，所述漏失控制剂为例如微粒状损失控制剂(在一些实施方案中小于1微米或0.05-0.5微米)、梯级式PSD或多模态粒子、聚合物、胶乳纤维等。如本文中所使用，术语“漏失控制剂”、“流体损失控制剂”和类似术语是指抑制由浆液到可渗透岩层的流体损失的添加剂。

对于可单独使用或在多模态流体中使用的代表性漏失控制剂，可以是胶乳分散液、水溶性聚合物、次微米级微粒、纵横比高于1或高于6的微粒、其组合及其类似物(例如经交联的聚乙烯醇微凝胶)。流体损失剂例如可以是聚偏二氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯-共-丁二烯的胶乳分散液；水溶性聚合物，例如羟基乙基纤维素(HEC)、瓜尔胶、聚丙烯酰胺的共聚物和其衍生物；尺寸在30nm到1微米的范围内的微粒状流体损失控制剂，例如γ-氧化铝胶态、二氧化硅、CaCO₃、SiO₂、膨润土等；形状不同的微粒，例如玻璃纤维、薄片、薄膜；以及上述物质的任何组合或其类似物。流体损失剂可在需要时也包括丙烯酰胺基-甲基-丙烷-磺酸盐聚合物(AMPS)，或与该聚合物组合使用。在实施方案中，漏失控制剂包括活性固体，例如可水解物质(例如PGA、聚乳酸或其类似物)；或漏失控制剂可包括可溶或可增溶材料，例如蜡、油溶性树脂、或可溶于烃的其它材料，或碳酸钙或在低pH值下可溶的其它材料；以及等等。在实施方案中，漏失控制剂包括选自石英粉、油溶性树脂、可降解岩盐、泥土、沸石、或其类似物的活性固体。在其它实施方案中，漏失控制剂包括以下物质中的一种或多种：氢氧化镁、碳酸镁、碳酸镁钙、碳酸钙、氢氧化铝、草酸钙、磷酸钙、偏磷酸铝、钠锌钾聚磷酸盐玻璃和钠钙镁聚磷酸盐玻璃、或其类似物。

处理流体可附加地或替代地包括但不局限于减磨剂、泥土稳定剂、杀生物剂、交联剂、破坏剂、腐蚀抑制剂、和/或支撑剂回流控制添加剂。处理流体可进一步包括在制备或操作期间出现的降解、水解、水合作用、化学反应、或其它过程所形成的产物。

在本文的某些实施方案中，可通过以下步骤来制备STS：将粒子如支撑剂(若存在)和次支撑剂、载质流体和任何添加剂结合以形成含支撑剂的处理流体；并且使得所述含支撑剂的处理流体达到稳态。结合和稳态化可在分批、半分批或连续操作中按任何次序或同时地以单个或多个阶段进行。例如，在一些实施方案中，可由次支撑剂粒子、载质流体和其它添加剂来制备基础流体，且随后将该基础流体与支撑剂结合。

可在现场、例如在井场根据需要利用常规处理流体混合设备制备处理流体。

图4展示了用于根据一些实施方案的压裂处理作业的井场设备配置10，该井场设备配置10利用本文所公开的原理来实施基于地面的压裂操作。砂拖车11A、11B中容置有支撑剂。水箱12A、12B、12C、12D沿着操作地点的一侧布置。料斗14从砂拖车10A、10B接收砂并将砂分配到搅拌车16中。混合机18被设置以将载质介质(例如卤水、增粘流体等)与支撑剂混合(即，“即时式(onthefly)”)，且随后将浆液排放至歧管20。然后，经混合和搅混的最终浆液(也被称为压裂流体)被输送到泵送车22A、22B、22C、22D，并在处理压力下通过处理管路24被输送到钻机26，并且然后向井下泵送。这种构造省略了滑溜水压裂操作通常所需的额外的搅拌车、泵送车、混合机、歧管和管路，并且大大减少了整体设备的占地面积。

图5展示井场设备配置的另外的实施方案，该井场设备配置具有用于传输拖车10A到10D中的将被递送到井场的等待泵送的处理流体的额外特征，且进一步省略了搅拌机26、料斗14和/或混合机18。在一些实施方案中，处理流体是在场外制备并与支撑剂和其它添加剂、或与支撑剂之外的添加剂中的一些或全部预先混合，该预先混合例如在共同在审且共同受让的专利申请文献(2012年3月8日提交的申请序列号13/415025，以及2012年6月1日提交的申请序列号13/487002)中所描述的系统中实现，这两篇专利申请文献的全部内容在此以参考方式整体并入本说明书中。如本文中所用，术语“等待泵送”应当在广义上理解。在某些实施方案中，等待泵送的处理流体意味着处理流体已完全准备就绪并且无需进一步处理就能够向井下泵送。在一些其它实施方案中，等待泵送的处理流体意味着对于向井下泵送已经基本上准备好的流体，除了：在泵送之前可能需要做进一步稀释；或在向井下泵送所述流体之前需要少量添加一种或多种添加剂。在这种情况下，等待泵送的处理流体也可被称为等待泵送的处理流体的前体。在一些另外的实施方案中，等待泵送的处理流体可以是对于向井下泵送已经基本上准备好的流体，除了在泵送之前需要将某些附带的程序施加到处理流体之外，例如低速搅拌、在格外寒冷或炎热气候下的加热或冷却等。

在本文的某些实施方案中，例如在砾石充填操作、压裂操作以及压裂-充填操作中，STS包括流体相(Vfluid)与支撑剂(Vprop)的体积比等于或小于3的支撑剂和流体相。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于2.5。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于2。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于1.5。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于1.25。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于1。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.75。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.7。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.6。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.5。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.4。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.35。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.3。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.25。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.2。在实施方案中，Vfluid/Vprop等于或小于0.1。在实施方案中，Vfluid/Vprop可足够高以使得STS是可流动的。在一些实施方案中，比率V_fluid/V_prop等于或大于0.05、等于或大于0.1、等于或大于0.15、等于或大于0.2、等于或大于0.25、等于或大于0.3、等于或大于0.35、等于或大于0.4、等于或大于0.5、或等于或大于0.6，或在从上文所提到的任何下限到任何更高上限的范围内。

需要注意的是，STS可选择性地包括全流体中未在Vfluid/Vprop之比中反映出的次支撑剂粒子，该Vfluid/Vprop之比仅仅是液相(sans固体)体积与支撑剂体积之比。对于液相就是水的STS下，这个比率对应于水与支撑剂的比率，即Vwater/Vprop)。相比之下，“ppa”标识是指每加仑基础流体(液体加次支撑剂粒子)所添加的支撑剂的磅数，如果支撑剂的比重是已知的，那么其可换算为每体积的基础流体所添加的支撑剂的等效体积，例如，在石英砂实施方案中，石英砂的比重是2.65，则1ppa＝0.12kg/L＝45mL/L；而“ppg”(每加仑处理流体的支撑剂的磅数)和“ppt”(每千加仑处理流体的添加剂的磅数)是基于处理流体的体积(液体加上支撑剂和次支撑剂粒子)的，对于石英砂实施方案(比重＝2.65)来说，其也换算为1ppg＝1000ppt＝0.12kg/L＝45mL/L。ppa、ppg和ppt的命名法及其度量值或SI等价对于考虑支撑剂或其它添加剂与基础流体(水或其它流体和次支撑剂)和/或处理流体(水或其它流体加支撑剂加次支撑剂)的重量比是有用的。ppt命名法一般用于在实施方案中以重量来表示支撑剂以外的低浓度添加剂的浓度，例如1ppt＝0.12g/L。

在实施方案中，含有支撑剂的处理流体包括：每升处理流体含有0.27L或更大的支撑剂体积(在支撑剂的比重为2.65的实施方案中对应于720g/L(6ppg))，或每升处理流体含有0.36L或更大的支撑剂体积(在支撑剂的比重为2.65的实施方案中对应于960g/L(8ppg))，或每升处理流体含有0.4L或更大的支撑剂体积(在支撑剂的比重为2.65的实施方案中对应于1.08kg/L(9ppg))，或每升处理流体含有0.44L或更大的支撑剂体积(在支撑剂的比重为2.65的实施方案中对应于1.2kg/L(10ppg))，或每升处理流体含有0.53L或更大的支撑剂体积(在支撑剂的比重为2.65的实施方案中对应于1.44kg/L(12ppg))，或每升处理流体含有0.58L或更大的支撑剂体积(在支撑剂的比重为2.65的实施方案中对应于1.56kg/L(13ppg))，或每升处理流体含有0.62L或更大的支撑剂体积(在支撑剂的比重为2.65的比重的实施方案中对应于1.68kg/L(14ppg))，或每升处理流体含有0.67L或更大的支撑剂体积(在支撑剂的比重为2.65的比重的实施方案中对应于1.8kg/L(15ppg))，或每升处理流体含有0.71L或更大的支撑剂体积(在支撑剂的比重为2.65的比重的实施方案中对应于1.92kg/L(16ppg))。

如本文中所使用，在一些实施方案中，“高支撑剂加载量”意味着：以质量为基础，每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有1.0kg以上的支撑剂(8ppa)，或以体积为基础，每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有0.36L以上的支撑剂，或其组合。在一些实施方案中，处理流体包括：每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有1.1kg以上的支撑剂(9ppa)，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有1.2kg以上的支撑剂(10ppa)，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有1.44kg以上的支撑剂(12ppa)，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有1.68kg以上的支撑剂(14ppa)，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有1.92kg以上的支撑剂(16ppa)，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有2.4kg以上的支撑剂(20ppa)，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有2.9kg以上的支撑剂(24ppa)。在一些实施方案中，处理流体包括：每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有0.45L以上的支撑剂，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有0.54L以上的支撑剂，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有0.63L以上的支撑剂，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有0.72L以上的支撑剂，或每升全流体(包括任何次支撑剂粒子)添加有0.9L以上的支撑剂。

在一些实施方案中，压裂处理流体剂型中的含水量较低，例如在体积上低于处理流体的30％，较低的含水量使得相对于(例如)滑溜水压裂作业能够利用总体积较低的水就能够实现类似量的支撑剂或其它固体这样的布置：即，使得低至基本上为零的流体渗入到岩层基质中、和/或处理之后的回流低至为零，且流体进入含水层和其它层(interval)的机会很低。较低的回流使得增产的岩层上的生产延迟很小，从而使得该增产的岩层以缩短的清理阶段就可以投产或在一些情况下可以立即投产而无需单独的回流回收操作。

在压裂处理流体还具有低粘度和相对较高SVF(例如40％、50％、60％、或70％、或更大)的实施方案中，流体可在一些有利的实施方案中极具流动性(低粘度)并且可使用标准井处理设备进行泵送。在支撑剂与水的体积比较高(例如大于约1.0)的情况下，这些实施方案代表压裂处理中水效率的突破性。处理流体中含水量较低的实施方案当然会使得渗入到岩层中的流体体积相应地较低，并且重要的是，在裂缝清理期间和在投产时无回流或回流极少。在固体充填结构中以及在岩层表面上和在岩层基质中，水由于毛细效应和/或表面润湿效应而得以保持。在实施方案中，与常规的支撑剂充填结构相比，从具有多模态固体的STS获得的固体充填结构可保持更大比例的水，这进一步减少了水回流的量。在一些实施方案中，裂缝-岩层系统的水保持能力可对应于或超出注入到岩层中的水的量，并且可因此在井投产时没有水回流或水回流极少。

在一些特定实施方案中，满载支撑剂的处理流体包括过量的低粘度连续流体相(例如液相)和多模态粒子相(例如固体相)，所述多模态粒子相包括具有用于实现裂缝传导性的一个或多个支撑剂模式和用于促进支撑剂注入的至少一个次支撑剂模式的高支撑剂加载量。如本文中所使用，过量的连续流体相意味着浆液中的流体体积分数(1-SVF)超出浆液中的固体的空隙体积分数(1-PVF)，即SVF<PVF。在实施方案中，浆液中的固体可包括支撑剂和一个或多个次支撑剂粒子模式两者。在实施方案中，连续流体相是液相。

在一些实施方案中，可通过以下步骤来制备STS：将支撑剂和粘度小于300mPa-s(170s^-1，25℃)的流体相结合以形成含支撑剂的处理流体；并且使得所述含支撑剂的处理流体达到稳态。使得所述处理流体达到稳态已经在上文予以描述。在一些实施方案中，含有支撑剂的处理流体被制备以包括在0.1与300mPa-s(170s^-1，25℃)之间的粘度和在1与20Pa(2.1-42lb_f/ft²)之间的屈服应力。在一些实施方案中，含有支撑剂的处理流体的参数为：每升含有支撑剂的处理流体中的支撑剂体积为0.36L或更大(在支撑剂的比重为2.6的情况下等同于8ppa支撑剂)、粘度在0.1与300mPa-s(170s^-1，25℃)之间、固体相的充填体积分数(PVF)大于0.72、浆液固体体积分数(SVF)小于PVF、以及SVF/PVF之比大于约1-2.1*(PVF-0.72)。

在一些实施方案，例如为了压裂阶段的输送，在主阶段中STS的支撑剂/处理流体(包括支撑剂和次支撑剂固体)体积之比至少为0.27L/L(在2.65的比重下为6ppg)、或至少为0.36L/L(8ppg)、或至少为0.44L/L(10ppg)、或至少为0.53L/L(12ppg)、或至少为0.58L/L(13ppg)、或至少为0.62L/L(14ppg)、或至少为0.67L/L(15ppg)、或至少为0.71L/L(16ppg)。

在一些实施方案中，水力压裂处理的总的支撑剂/水体体积之比可至少为0.13L/L(在2.65的比重下为3ppg)、或至少为0.18L/L(4ppg)、或至少为0.22L/L(5ppg)、或至少为0.26L/L(6ppg)、或至少为0.38L/L(8ppg)、或至少为0.44L/L(10ppg)、或至少为0.53L/L(12ppg)、或至少为0.58L/L(13ppg)。应注意，次支撑剂并不是确定支撑剂与水之比中因素。

在一些实施方案中，例如对于前端(front-end)阶段STS，浆液包括稳态固体混合物，所述稳态固体混合物包括微粒状漏失控制系统(其可包括固体和/或液体粒子，例如次微米级粒子、胶体、胶束、PLA分散液、胶乳系统等)和至少为0.4的固体体积分数(SVF)。

在一些实施方案中，例如对于充填阶段的STS，浆液包括增粘剂，该增粘剂的量总计能够在充填阶段中提供大于300mPa-s的粘度(以全流体为基础在170s^-1和25℃下确定)。

在一些实施方案中，例如对于冲刷阶段的STS，浆液包括无支撑剂的浆液，所述无支撑剂的浆液包括稳态固体混合物，所述稳态固体混合物包括微粒状漏失控制系统(其可包括固体和/或液体粒子，例如次微米级粒子、胶体、胶束、PLA分散液、胶乳系统等)和至少为0.4的固体体积分数(SVF)。在其它实施方案中，含有支撑剂的压裂阶段可与包括第一子阶段(包括增粘剂)和第二子阶段(包括滑溜水)的冲刷阶段一起使用。增粘剂可选自粘弹性表面活性剂系统、水合胶凝剂(选择性地包括经交联的胶凝剂)和其类似物。在其它实施方案中，冲刷阶段的过冲刷量等于或小于3200L(42加仑的桶的话是20桶)、等于或小于2400L(15桶)或等于或小于1900L(12桶)。

在一些实施方案中，支撑剂阶段包括无间隔剂的STS的单次连续注入。

在一些实施方案中，STS的注入到井筒中或将注入到井筒中的支撑剂总体积至少为800升。在一些实施方案中，支撑剂总体积是至少1600升。在一些实施方案中，支撑剂总体积是至少3200升。在一些实施方案中，支撑剂总体积是至少8000升。在一些实施方案中，支撑剂总体积是至少80,000升。在一些实施方案中，支撑剂总体积是至少800,000升。注入到井筒中或将注入到井筒中的总体积通常不超过16,000,000升。

有时，期望在水力压裂操作期间停止泵送处理流体，例如当需要紧急关机时。例如，可能是地面设备的彻底故障，可能是附近的井筒脱砂，或可能是由于天气、火灾、地震等引起的自然灾难。但是，对于非稳态的压裂流体如滑溜水，支撑剂悬浮液在零泵送速率下是不适当的，并且支撑剂可能在井筒中脱砂和/或未能放置于裂缝中。对于滑溜水，通常只有首先将所沉降的支撑剂从井筒清理出来(常常使用连续油管或修井钻机)才有可能恢复压裂操作。利用连续油管使支撑剂从井筒流化出来的效率在一定程度上偏低，且大量专门用来清理的流体将用于夹带支撑剂并将其提升到地表。在清理之后，将需要决定是重复所述处理还是使得井筒的所述部分得到最佳子处理。相比之下，在本文的实施方案中，处理流体是稳态，且操作员可决定是恢复和/或完成压裂操作还是使STS(和任何支撑剂)从井筒循环出来。通过稳态化处理流体以几乎消除粒子沉降，使得处理流体即使在静态时仍拥有极好的支撑剂传送和输送特性。

由于在本文的一些实施方案中的处理流体的稳态化，支撑剂将保持悬浮且流体将在泵送被中断的时间期间保持其压裂物性。在本文的一些实施方案中，一种方法包括：使得每升基础流体结合以至少0.36、至少0.4、或至少0.45L的支撑剂，以形成含支撑剂的处理流体；稳态化所述含有支撑剂的处理流体；泵送STS，例如将含有支撑剂的处理流体注入到地下岩层中和/或利用处理流体在地下岩层中形成裂缝；停止泵送STS，由此将处理流体封锁在井筒中；并且随后恢复处理流体的泵送，例如以此将被封锁的处理流体注入到岩层中并继续形成裂缝，和/或以此使被封锁的处理流体作为完好段塞、利用被封锁的处理流体与移位流体之间的受管理的界面从井筒循环出来。在需要时，将处理流体从井筒循环出来选择性地利用连续油管或修井钻机予以实现，但在实施方案中，处理流体自身高效地将所有支撑剂悬浮并传送出井筒。在一些实施方案中，所述方法可包括利用刮塞或清管器、采用凝胶小球或纤维小球或其类似物、例如使处理流体与移位流体之间的密度和粘度匹配来管理处理流体与任何移位流体之间的界面，以防止出现密度和粘度的不稳定性。

在一些实施方案中，所述处理提供由处理流体中的低含水量引起的生产相关特征，例如向岩层的较小渗入性和/或较少的水回流。每当本地储层条件受干扰时，便会出现岩层破坏。当压裂流体接触并渗入到岩层中时，水力压裂期间的显著的岩层破坏源便会出现。可采取措施以减小岩层破坏的可能性，这些措施包括添加盐以改善岩层中的细粒和粘土的稳定性、添加阻垢剂以阻抑由不相容的卤水混合所产生的矿物积垢的沉淀、添加表面活性剂以将对紧密微孔的毛细管阻碍降到最小、以及等等。有一些类型的岩层破坏是添加剂无法解决的。例如，一些岩层一旦接触水后便机械地减弱，这在本文中被称作水敏性岩层。因此，期望显著地减少在完井操作期间可渗入岩层的水量。

根据本文中所公开的某些实施方案的含水量极低的浆液和无水浆液提供了一种用于显著地减少水的渗入和可能出现的侧枝(collateral)岩层破坏的途径。低水量的STS通过两种机制将水的渗入相对于滑溜水压裂处理降到最小。第一，对于每体积相应的处理流体，STS中的含水量是滑溜水的约40％，且在一些实施方案中，STS可使得每体积或每重量的放置在岩层中的支撑剂所使用的水量减少90％以上。第二，在包括次支撑剂粒子的实施方案中，STS中的固体充填结构比常规支撑剂充填结构保持更多的水，由此使得更少的水从STS被释放到岩层中。

在压裂之后，水回流给现有技术中的压裂操作造成了麻烦。加载水回收通常发生在完井之后的井启动的初始阶段。就具有大量水力裂缝的非常规储层中情况下的水平井来说，所注入的水力压裂流体的15到30％在这个启动阶段中被回收。在某个时刻，加载水回收速率变得极低，并且产气速率足够高从而足以能够将井连导到天然气管道从而进行销售。我们把加载水回收期间的这个时段称作裂缝清理阶段。一个井在连接到天然气销售管道之前通过需要清理数天。回流水必须被处理和/或丢弃并且将管道产量延迟。根据本文的实施方案的含水量较低的浆液可以显著地减小体积和/或花费的时间、或甚至去除这个裂缝清理阶段。压裂流体通常由于各种机制而漏失到岩层中，所述机制包括渗入到基质中、渗吸到基质中、润湿新近暴露的新裂缝表面、漏失到天然裂缝中。含水量较低的浆液将通过这些机制变干而仅有少量的水漏失到岩层中，从而在一些实施方案中未留下游离水或只留下极少的游离水需要(或能够)在裂缝清理阶段期间执行回流。零或减少的回流的优点包括降低了用于管理回流的流体体积的运行成本、降低了水处理成本、减少了将井投入到天然气销售的时间、减少了由溶解金属的注入水所产生的难以解决的废料、减少了天然存在的放射性材料等。

公众也表达了以下担忧：水力压裂液可找到饮用水含水层的某条路径并将其污染。尽管正确的井工程技术和完井设计以及压裂处理执行将防止任何此类污染的发生，但是如果将由于未预见到事故而发生此类污染，那么滑溜水系统具有充足的水和在含水层中足够运动性从而能够类似于盐水羽地迁移。在实施方案中，对于每质量支撑剂的可用水，低水量的STS减少90％，由此STS与含水层的任何接触(倘若发生的话)所产生的影响与滑溜水相比要小得多。

地层是异质的，其中高渗透性地层、中等渗透性地层和低渗透性地层的层交错。增长到遇到高渗透性区的水力裂缝将突然经历高漏失区域，该高漏失率区域将吸引不成比例得大比例注入流体，从而可能以非期待的方式显著形成的水力裂缝的几何形状。自动地填塞高漏失区的水力压裂液是有益的，这是因为它使得压裂执行阶段更可靠且可能确保裂缝的几何形状更密切地类似于所设计的几何相撞(并且因此产量将更接近预期值)。STS的实施方案的一个特征是该STS一旦损失掉所调配的水的25％以上后便将变干并且变成不能动的质量块(段塞)。在实施方案中，由于STS仅包括按体积计最多50％的水，因此仅需要在高流体损失影响区域中总共损失STS处理流体体积的12.5％就可以变成不能动的段塞并防止所述区域的后续滤失；或在其它实施方案中，仅含有按体积计最多40％的水，从而只需要总共损失STS处理流体体积的10％就可以变成不能动。滑溜水系统需要损失其总体积的大约90％或95％才能使支撑剂脱水成为不能动的质量块。

有时，在水力压裂处理期间，地表处理压力将接近安全操作的最大压力界限。最大压力界限可取决于井口装置的安全压力的限制、地表处理管线的限制、套管的限制、或这些部件的某种组合的限制。对达到压力上限的一种常见反应措施是减小泵送速率。但是，就普通压裂流体来说，支撑剂悬浮液在较低泵送速率下是不适当的，并且且支撑剂可能未被放置于裂缝中。对于本发明的一些实施方案中的被高度稳态化并且几乎消除了粒子沉降的稳态流体而言，其即使在静态时仍拥有出色的支撑剂传送和输送特性。因此，减小了一些处理失败的风险，这是因为在利用稳态处理流体进行压裂处理期间，如若必需减小注入速率以保持低于最大安全操作压力，那么在本文中的一些实施方案中甚至可以以极低的泵送速率将压裂处理流体泵送到完井。

在一些实施方案中，本申请的处理流体的注入可被一起停止(即处于0桶/min的注入速率)。由于处理流体的极好的稳定性，在0桶/min注入期间几乎没有或完全没有出现支撑剂沉降。可在这个时段期间由操作员实施井干预、处理监测、设备调节等。然后可恢复泵送。因此，在本申请的一些实施方案中，提供了一种这样方法，其包括：将满载支撑剂的处理流体注入到由井筒所穿透的地下岩层中；利用处理流体在地下岩层中产生或发展裂缝；将处理流体的注入停止一段时间；重新注入处理流体以继续在地下岩层中产生或发展裂缝。

在一些实施方案中，所述处理和系统可利用二氧化碳支撑剂阶段处理流体实现压裂。二氧化碳通常过轻且过薄(低粘度)以至于无法以浆液载送支撑剂从而用于压裂操作。但是，在STS流体中，尤其是在支撑剂阶段处理流体也包括微粒状流体损失控制剂的情况下，二氧化碳可用于液相。在实施方案中，液相包括至少10％(重量)的二氧化碳、至少50％(重量)的二氧化碳、至少60％(重量)的二氧化碳、至少70％(重量)的二氧化碳、至少80％(重量)的二氧化碳、至少90％(重量)的二氧化碳、或至少95％(重量)的二氧化碳。含二氧化碳的液相可替代地或附加地存在于任何预充填阶段、充填阶段、前端阶段、冲刷阶段、后冲刷阶段、或这些阶段的任何组合中。

在实施方案中，通过STS的非沉降和固体载送能力显著地改善了各种喷射和喷射式切割操作。喷射穿孔和喷射开槽是STS的一种实施方案，其中利用研磨剂或侵蚀性粒子来替换支撑剂。使用定位套/抛光孔和喷射式切割开口的多区压裂系统也是实施方案。

在实施方案中，在起下钻期间的钻屑输送和钻屑稳定性也得到了改善。STS可根据所用的确切的混合物起到将岩层压裂或使裂纹断桥的作用。STS可提供限制到岩层的流体损失的极端能力，这是一个极为显著的优点。将液体量降到最小将使显著增大油基浆液的经济吸引力。

在实施方案中，通过使STS能够在保持静止之后移动并且还通过它的密度和稳定性，改善了使用爆炸物和/或推进装置对生产岩层的修改。

在实施方案中，通过针对漏失控制和/或桥接能力所优化的特定STS剂型改善了区带隔离操作。相对较少量的STS通过填充间隙和使间隙断桥而从根本上改善了机械的和可充气型封隔器的密封能力。在一些实施方案中，通过将低渗透性型式的STS埋入产水岩层或希望隔离的其它岩层中，实现了这些区带的永久性隔离。在一些实施方案中，通过使用设定剂型的STS来改善隔离，但非设定剂型可提供极有效的永久性隔离。在实施方案中，临时隔离可通过利用可降解材料递送，由此在一段时间之后能够将非可渗透充填结构转换成可渗透充填结构。

在实施方案中，通过使用针对高桥接能力所选择的适当的STS剂型，显著地改善了放置/去除砂塞的承压能力和容易性。这些剂型将允许砂充填工具与井筒之间的间隙大得多，以实现相同压力性能。另一主要优点是在一些实施方案中脱水的可逆性；不同于常规的砂塞，固体砂充填结构可易于再流化和循环出来。

在其它实施方案中，使用STS中的CRETE固井剂型并且还通过将桥接/漏失控制STS剂型放置于水泥塞下面和/或上面以提供密封修复材料，可改善堵塞和放弃工作。STS在较长的不移动时段之后再流化的能力有助于这个实施方案。在以下各文献中公开了CRETE固井剂型：US6,626,991、GB2,277,927、US6,874,578、WO2009/046980、《斯伦贝谢CemCRETE手册》(2003)和《斯伦贝谢固井服务与产品-材料》(第39到76页(2012年)，可在http://www.slb.eom/～/media/Files/cementing/catalogs/05_cementing_materials.pdf下获得)，以上各文献在此以引用方式并入本说明书中，且所述CRETE固井剂型可从斯伦贝谢购买。

在其它实施方案中，由于STS的载送能力和其恢复运动的能力，该STS能够用于管道清理以去除甲烷水合物。

如先前所提到的，压裂流体中的固体的至少一部分包括灼热剂。灼热剂可仅被用作固体或可呈现为多模态流体配置的细微、中等或较大部分。灼热剂的形状是非限制性特征；其可为颗粒状、棒、纤维、板、或任何其它合适的形状。在一些实施方案中，所述粒子中的至少一些粒子含有第一金属以及第二金属氧化物；灼热剂的至少一部分是粉末；并且所述颗粒中的至少一些颗粒包括灼热剂的两种组分。其它变型例包括一种方法，在该方法中灼热剂还包括与铝合金化的至少一种其它金属、或硫且选择性地为硝酸、或包括上述两者。

在一些实施方案中，多模态混合物至少包括支撑剂和灼热剂，并且包括灼热剂的固体的注入与不包括灼热剂的固体的注入交替进行。在另外的实施方案中，浆液进一步包括镁带，这些镁带可改善点燃性。

一旦放置到井下，便可用井下工具或通过高温化学反应来点燃灼热剂，在这种情况下，可将化学反应的反应物依次引入到裂缝中。在这些方法中，化学反应的热用于产生或催化裂缝中的不是灼热剂的组分的固体(例如固体酸前体)的反应。

在一些实施方案中，在点燃灼热剂之前，原始井筒至少部分地填充有保护井口装置以免受过量压力或冲击的材料。在另外的实施方案中，受灼热剂影响的区域通过包括对原始井筒的至少一部分重新钻井在内的方法流体地连接到地表；受灼热剂影响的区域可通过与从原始井筒钻出侧线或支线相关的方法流体地连接到地表；受灼热剂影响的区域可通过与钻出第二井筒相关的方法流体地连接到地表；以及受灼热剂影响的区域可通过与第二压裂处理相关的方法流体地连接到地表。

在又一的实施方案中，受灼热剂影响的区域可通过使用微地震检测或倾斜仪检测或这两者来实现测绘。也可通过以下方法进行测绘：利用至少一个同位素元素追踪剂；或利用检测岩层、裂缝、或流体的物性或检测从岩层、裂缝、或流体的喷射的工具；或利用发射并检测辐射形式的工具。

灼热剂的另一优点是其难以点燃并且因此可作为混合物被安全地存储，并且可利用常规井场设备搬运。尽管反应物在井筒或地下岩层温度下是稳定的，但是当被加热到点燃温度时会伴随极强的放热反应而燃烧。尽管所达到的实际温度取决于热散失的速率，但是产物由于所达到的高温(高达至少2500℃(4500℉)，且Fe₂O₃作为氧化物)因此为液态。另外的优点在于灼热剂自身含有氧供给源且并不需要任何外部空气源。因此，其无法熄灭并且在给予足够的初始热的情况下可在任何环境中点燃。另外的优点在于灼热剂在潮湿时也仍将良好燃烧并且无法用水扑灭。少量的水在到达反应之前就将沸腾。对于大量的水，所生成的熔融的第二金属将从水抽取氧并生成氢气。灼热剂反应自身不是爆炸事件，因为其没有释放出气体，但存在于地下岩层中的材料(例如水和烃)可以以爆炸方式沸腾或反应。因此，将灼热剂添加到已发泡或增能化的流体中是有利的。用惰性气体发泡可甚至进一步改善灼热剂的搬运。可以使用的是STS增能流体。不希望受任何理论的束缚，被相信的是，增能化的载质流体甚至将是更有利的，这是因为气体可在被加热到的灼热剂的最终反应温度时膨胀。这在气体膨胀时提供多很多的能量，从而使得从主要水力裂缝向外的大量裂缝的形成及因此提高了产率。可使用任何发泡流体或增能流体。稳定的发泡流体广泛地包括液体基剂、气体并且通常包括表面活性剂，以形成稳定的发泡体，该发泡体在处理所遇到的岩层过程中所存在的温度和压力条件下的米切尔质量位于0.52到0.99的范围内和优选地位于0.60到0.85的范围内。可在以参考方式纳入本说明书中的文献US3,937,283中找到用于测量发泡体的米切尔质量的方法。增能流体通常具有0.52以下的米切尔质量；所述增能流体可由各种气体如空气、二氧化碳、氦、氩、氮、或烃气体(例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷等)及其混合物形成。

灼热剂反应的激发需要极高的温度。这些温度无法利用常规黑火药引信、硝化纤维棒、雷管、或其它常见点火物质和装置达到。即使当灼热剂赤热时，其仍没有点燃；当灼热剂处于白热或接近白热时，反应被激发。强氧化剂(例如高锰酸钾或次氯酸钙)与合适的燃料(例如丙三醇、苯甲醛、或乙二醇)之间的反应可用来点燃灼热剂。当这两种物质混合时，自发反应开始且缓慢地提高所述混合物的温度。由丙三醇的氧化所释放的热足以激活灼热剂反应。可交替泵送灼热剂段塞和高锰酸/丙三醇(或类似物)段塞，或在用灼热剂填充裂缝之后，可将高锰酸/丙三醇放置于钻孔中，替代地，可首先放置燃料或氧化剂。可利用惰性间隔剂囊封或泵送这些或其类似材料以防止过早激发。在这种情况下，可通过改变粒子大小和环境温度来改变混合与点燃之间的延迟。激发也可通过以下方法发生：射击穿孔枪、在一个或多个位置处电加热、使一个或多个较小的极具爆炸性装载料爆炸、一个或多个镁照明弹、或点燃一个或多个非爆炸性燃烧用装载料(其包括燃料和自含式氧源两者，其通过使点火器爆炸而自身被点燃且随后在自持式燃烧反应中燃烧)。强爆炸物或燃料可纳入通过电缆或管道传送的常规的或改型的穿孔枪中，和/或通过所述常规的或改型的穿孔枪点燃。可通过由钢丝部署的工具来实现电点燃、或镁或燃料装载料的点火。也可设想通过由光纤向井下传送的激光实现点燃。

也可以(例如)利用一种混合物来点燃灼热剂，所述混合物比灼热剂更易于点燃但燃烧得足够热以可靠地对灼热剂进行点火。合适的混合物例如可以是充分混合的约5份硝酸钾、约3份细粉状铝和约2份硫磺。例如，将约2份这种混合物与约1份灼热剂组合。这可作为压裂浆液的最后部分被放置或可在压裂之后放置于钻孔中。

也可以(例如)利用能够通过使流体穿过催化床释放化学能的装置或设备来点燃灼热剂。该流体可以是过氧化物(例如过氧化氢(H₂O₂))或燃料与过氧化物的混合物。可与过氧化氢混合的合适混合材料包括多种其它的材料(包括甲醇、甲烷、汽油、柴油、油、或甚至糖类)中的至少一种。催化床可由各种过渡金属或过渡金属化合物(包括：铝、钴、金、铁、镁、锰、钯、铂、银和这些金属的各种化合物或组合)的粒子组成。

灼热剂的一个缺陷是第一金属与第二金属氧化物之间的密度差。这会使它们在搬运期间(例如在浆化和放置于裂缝中时)分离。STS流体的使用将解决这种缺陷。在一些实施方案中，灼热剂可用作支撑剂，尤其是当灼热剂呈颗粒的形式时。在本发明的大多数实施方案中，具有与常规水力压裂支撑剂的大小相同的灼热剂颗粒可以是合适的。可以采用大致包括作为与细粒子形式的Fe₂O₃和铝组合的较大粒子的砂的多模态流体。

在一些实施方案中，可以将两种(或两种以上)组分混合成单粒子。实现这一点的一种方式是使用粘结剂、例如使用硫磺将化学物质保持在一起。合适的混合物可含有约70％(重量)的氧化铁、约23％(重量)的铝和约7％(重量)的硫磺。另一种合适的粘结剂可以是熟石膏，例如具有约2份熟石膏、约2份铝和约3份氧化铁的剂型。灼热剂也可通过在高压力下将其压缩而形成为颗粒。所得的集结粒强度高，并且比灼热剂粉末燃烧得更缓慢。也可以以混合燃烧剂的形式来使用灼热剂，所述混合燃烧剂是用于军事用途的燃烧化合物。混合燃烧剂(其主要组分是灼热剂)还含有硫磺并且选择性地含有硝酸钡。一种示例可以是混合燃烧剂-TH3，其是68.7％(重量)的常规铝/氧化铁的灼热剂、29.0％(重量)的硝酸钡、2.0％(重量)的硫磺和0.3％(重量)的粘结剂的混合物。将硝酸钡添加到灼热剂增加了放热量且降低了点燃温度。选择性地，可利用常规灼热剂产生裂缝，且随后灼热剂可作为压裂浆液的最后部分被放置或可在压裂之后放置于钻孔中。

如已提到的，粉末状形式的灼热剂组分可能无法在非STS压裂流体实现最佳搬运和放置。此外，第一金属和第二金属氧化物的粒子大小会影响灼热剂反应的速率，但是，更精细的粒子具有更大的表面积且实现两种反应性组分之间更大的接触。因此，可以通过改变第一金属和第二金属氧化物中的每一种的粒子大小来控制反应速率(并且由此控制最大温度，这是因为该最大温度由反应速率和热传递速率来控制)。不论是否粘结，每一种组分均可由细粉末变化到粗颗粒。

本发明适用于任何地下岩层，尤其适用于油气层。岩层可主要为沙岩、主要为碳酸盐(石灰石或白云石)、页岩、粉砂岩、或煤。岩层流体可主要地为水或主要为烃(气和/或冷凝水和/或油)。因为岩层本身具有过低的渗透性或因为其已被破坏，所以可能需要增产。井筒可以是大致垂直的、倾斜的或部分水平的，且可以是开放孔或具有套管，在具有套管的情况下，井筒可为骨水泥型。储层可为超压型或减压型。

可用前置流体产生裂缝，且随后可用满载灼热剂的浆液来发展裂缝。替代地，裂缝可随着滑溜水作业(低支撑剂浆液进行高流动速率)而得以发展且随后用满载灼热剂的浆液进行加宽(和选择性地延长)；前置流体可先于滑溜水处理。灼热剂可选择性地在压裂之后留在井筒中，或井筒可被清理。可允许裂缝在点燃之前闭合或部分地闭合，或点燃可在高于压裂压力时实现。灼热剂浆液也可含有支撑剂；灼热剂浆液也可含有耐高温材料，例如砂或合成陶瓷，及其混合物。选择性地，可将灼热剂和常规支撑剂的段塞、或灼热剂但无支撑剂的段塞交替放置于裂缝中以形成反应柱，且这些反应柱可随后通过反应化学物质(例如丙三醇/高锰酸混合物)的过冲刷而被点燃。如先前所提到的，灼热剂可在STS流体中使用；所述STS流体可先于或后于前置流体或滑溜水。

可使用常规的地表设备，这是因为灼热剂在正常打井条件下通常是安全的。除了STS流体外，任何压裂流体都可用于将灼热剂制浆和产生裂缝：例如胶凝油、聚合物稠化水(包括例如海水、淡水和盐水)和利用粘弹性表面活性剂稠化的水。浆料可根据需要含有其它常用的压裂流体添加剂，例如杀生物剂和摩擦减低剂。经常使用的一些添加剂可能不被需要，例如铁、粘土和硫控制剂。

因为灼热剂反应释放大量的能量，因此将处理效果被限定在目的区域中是重要的。许多方法可以被采用以防止灼热剂被点燃时的爆裂并且以确保能量用于压裂。在灼热剂混合物放置在裂缝中之后(一些选择性地被放置在井筒中)并在反应被激发之前，井筒可以填充有或部分填充有足以抵御由灼热剂事件产生的任何轻微井喷的浓盐水。在放置灼热剂混合物之后并在反应被激发之前，井筒可以填充有或部分填充有含有空心玻璃球的浆料或流体。这些空心玻璃球例如可以是由3M(St.Paul,MN,U.S.A.)以商品名GLASSBUBBLES制造的那些玻璃球，或者是飞灰的废产物。它们也可以是珍珠岩空心球(购自SchundlerCompany,Metuchen,N.J.,U.S.A.)，所述珍珠岩空心球是含有多孔芯的离散泡状物。泡状物可以选择性地悬浮在浓盐水中。替代地，发泡流体可用于填充或部分填充井筒。如果从灼热剂事件产生冲击波或井喷，那么固体泡状物或泡沫的破裂将防止破坏井筒。替代地，井筒可以填充有或部分填充有砂石或类似材料。在井筒中或在紧邻井筒的裂缝中的熔化的并且将井筒与岩层密封隔离的材料段塞也可以利用其它的控制方法被部署。最后，当然，封隔器可以被放置在将被压裂的区域上方和/或下方。

不希望受任何理论束缚，被相信的是，灼热剂反应形成了填充有熔融的金属(例如熔融的铁)的裂缝，所述熔融的金属进一步与岩石基质、本地流体和残余的压裂流体反应。灼热剂反应的温度非常高，达到至少2500℃或更高；实际温度取决于所选择的无论改型与否(例如通过添加硫磺和/或硝酸盐)的灼热剂、以及灼热剂的量和向基质的热传递速率。由于热冲击、气体的剧烈释放和温度诱导的反应(例如粘土和碳酸盐矿物的成熟化)，热显著地破坏邻近的岩层。石英的熔点是只有约1715-1725℃；碳酸钙在约825℃时离解且硫酸钙在约900℃时离解；白云石在约2570-2800℃时熔化；高岭石在1785℃时熔化；当然，这些只是纯材料的数据，不纯或混合材料将通常具有更低的反应或熔化温度。在岩层的紧邻灼热剂充填结构的部分中，一些矿物可能分解，一些可能熔化，一些可能被烧结。如果温度低于熔点，那么会发生烧结；矿物将彼此高强度粘附，且体积和孔隙度将存在局部降低。灼热剂和液态水以剧烈的蒸气岩浆反应(当液态水直接接触熔融金属表面时的蒸汽爆炸)反应。在裂缝中离灼热剂略微更远的距离处，代替熔化矿物的是，在逐渐降低的温度下发生其它反应和作用，包括驱逐原生水、烃类和压裂流体，使气体和液体解吸收和解吸附，以及使矿物和油母质成熟。净结果是所有这些作用形成紧紧围绕裂缝的玻璃状且无孔但是可能有裂缝的岩石区域或透镜体；更远的较大岩石区域被打碎或者有细微裂缝，且对于油和气的传导性比处理前高得多。

此外，灼热剂反应可以驱动超临界水(也称为超临界蒸汽)离开初始裂缝一可观的距离。这种超临界蒸汽与岩层中的烃类(油母质、煤、油、冷凝物和气)反应，以便在称为蒸汽重整的过程中将它们分解且主要生产出更小的烃类、一氧化碳和氢气(其在高温下可进一步分解成另外的烃类)。该过程在化学上和物理上改良烃生产。

这种处理的作用可能是非常有利的，特别是在致密气体岩层(例如页岩)中或在煤层岩层中。粉碎的或有细微裂缝的岩石区域将具有足够的渗透性以让流体通过，且与同一岩石中的常规裂缝的宽度相比，其延度将显著地更大。

这种处理的作用在利用砂石的冷稠油生产(CHOPS)所生产的稠油岩层中也是有利的。环绕裂缝的冷却核心的碎片材料的透镜体可以容易地产生固体和液体。

高温和可能的剧烈反应很可能会破坏增产区域与原始井筒之间的连接。可以通过将流体注入原始井筒并执行常规压力分析来确定受灼热剂影响的区域与原始井筒是否处于合适的流体连通。如果受灼热剂影响的区域与原始井筒没有处于合适的流体连通，那么将受灼热剂影响的区域再连接到地表的方式对于井的生产力和工艺的功用是重要的。因此，以下操作可能是必需的：利用常规的被支撑的水力裂缝挖出、再穿孔或再增产上述区域，或者重新钻出和重新完成原始井筒，或者将受灼热剂影响的区域与第二井筒、原始井筒的侧线或支线、或从原始井筒(或侧线或支线)或从第二井筒起始的水力裂缝交叉。如果最初计划是钻出第二井筒，那么原始井筒不需要完成，如果其是用于生产的话，就完成原始井筒。

对于大多数连接到地表的以上方法来说，测绘受灼热剂影响的区域将是有利的。这可以在压裂处理之后并且在灼热剂被点燃之前进行。具有可以被使用的许多方法，例如包括压力分析、倾斜仪观察分析、以及水力裂缝生长的微地震监测，所有的这些方法都通过利用模型对获得的数据进行反褶积从而推断出裂缝的几何结构。美国专利第7,134,492号提供了一种另外的方法，该专利描述了一种利用爆炸性、内爆性、或可快速燃烧的颗粒材料评估裂缝的几何结构的方法，所述颗粒材料在增产处理期间被添加到压裂流体中且被泵入裂缝中。在文献U.S.7,134,492中，在处理期间、在处理之后并在封闭期间、或在处理之后将粒子引爆或点燃。在本发明中，在压裂步骤期间、在压裂步骤之后但在灼热剂点燃步骤前、或通过灼热剂反应本身来引爆或点燃粒子。通过放置在地表上、附近的观测井中、或原始井中的地震检波器检测由这些排放物产生的声学信号。该技术与目前微地震检测中所使用的技术类似，然而，必须确保信号是来源于受灼热剂影响的区域。可以使用其它已知的评估岩层的方法来帮助受灼热剂影响的区域再连接到井筒，例如检测工具(检测例如伽玛射线、磁场和温度)以及发射和检测电磁辐射、中子、或声音的工具。

可执行所描述的方法，由此使得用于压裂岩层的灼热剂混合物中的大部分是颗粒状且具有支撑剂的尺寸(第一金属和第二金属氧化物都是颗粒状，或者两者单独或一起地形为颗粒)，并且灼热剂混合物中的小部分是粉末且具有流体损失添加剂的尺寸(第一金属和第二金属氧化物中的两者或任一者)。因此，灼热剂混合物同时用作支撑剂和流体损失添加剂，如在常规压裂中通常被使用的那样。作为示例：1)将常规支撑剂和颗粒状灼热剂混合以形成支撑剂；2)将常规支撑剂与粉末状灼热剂一起使用；和3)将常规流体损失添加剂与用作支撑剂的颗粒状灼热剂一起使用。可以使用粉末状的第一金属、颗粒状的第一金属、粉末状的第二金属氧化物、颗粒状的第二金属氧化物、常规支撑剂和常规流体损失添加剂的所有组合，只要第一金属与第二金属氧化物的最终比率形成合适的灼热剂、使得灼热剂组分的总量足够用于反应、且灼热剂混合物的组分在物理上彼此足够靠近以维持反应即可。

在一些实施方案中，作为一种提高裂缝中流体的整体温度的方法，可以将少量的灼热剂放置在裂缝中以便激发或催化裂缝或井筒中的二级反应。作为示例，对于低温碳酸盐岩层(例如约79℃(约175°F))，可以将少量的灼热剂遍及地分布在最新形成的水力裂缝中，然后激活灼热剂以增加压裂流体的温度，所述压裂流体还含有固体酸前体颗粒例如聚乳酸(PLA)颗粒。增加的温度允许PLA被转化为可以蚀刻裂缝的碳酸盐壁且形成传导性的通道的乳酸。其它固体酸前体是众所周知的且可以被使用。作为第二示例，氧化剂可能需要热量来激发分解用作压裂流体的聚合物所需要的反应。可以将少量的灼热剂再次遍及地分布在最新形成的裂缝中，然后激活灼热剂以激发氧化反应。这种类型的激活可以在温度低于52℃(约125°F)的井中发生，这种情况下过硫酸铵作为氧化破坏剂被添加。

在灼热剂混合物中可以包括少量的同位素元素追踪剂如放射性锶。在产生的流体中对这些材料的检测被用于评估处理的性能。

虽然在本文中已经参考具体装置、材料和实施方案进行了上述描述，但是没有旨在局限于本文所公开的细节；而是，将扩展到所有功能上等同的结构、方法和用途，这些均位于随附权利要求的范围内。

Claims

1.一种通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方法，所述方法包括：将所述岩层压裂，同时将包括灼热剂的固体引入到裂缝中，所述灼热剂包括第一金属以及第二金属氧化物；并且点燃所述灼热剂以产生受灼热剂影响的区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灼热剂通过高温反应被点燃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灼热剂借助于井下工具被点燃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括确保所述受灼热剂影响的区域流体连接到地表。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括测绘所述受灼热剂影响的区域。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灼热剂的至少一部分呈颗粒状。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灼热剂的至少一部分是粉末。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灼热剂至少包括铝。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，交替实施包括灼热剂的固体的引入与不包括灼热剂的固体的注入。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将化学反应的反应物依次引入到所述裂缝中。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述化学反应的热量被用于激发或催化所述裂缝中的不是所述灼热剂的组分的固体的反应。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，不是所述灼热剂的组分的所述固体包括固体酸前体。

13.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用微地震检测或倾斜仪的检测或这两者来实现所述受灼热剂影响的区域的测绘。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在增能流体中泵送所述固体。

15.一种通过井口装置使被井筒穿透的地下岩层增产的方法，所述方法包括：将所述岩层压裂，同时将包括灼热剂的多模态固体混合物引入到裂缝中，所述灼热剂包括第一金属和第二金属氧化物；并且点燃所述灼热剂以产生受灼热剂影响的区域。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述固体包括支撑剂和灼热剂。

17.一种增产用组合物，所述组合物包括载质流体和多模态固体混合物，其中，所述多模态固体混合物包括灼热剂。

18.根据权利要求17所述的组合物，其特征在于，所述灼热剂包括第一金属和第二金属氧化物。

19.根据权利要求17所述的组合物，其特征在于，所述灼热剂包括铝。

20.根据权利要求17所述的组合物，其特征在于，所述组合物还包括固体酸前体。